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研究生:李宗憲
研究生(外文):ZONG-SHAIN LI
論文名稱:小型超音波切割刀及追頻驅動電路設計與研究
論文名稱(外文):Design and Development of Small Ultrasonic Cutting Knife and Driving Circuit
指導教授:黃智勇黃智勇引用關係
指導教授(外文):Chih-Yung Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立勤益科技大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:超音波切割刀驅動電路變幅桿
外文關鍵詞:Ultrasonic Cutting KnifeDriving CircuitSonotrode
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以往切割材料時,由於刀具與工件常處於一連續接觸之狀態,容易使刀具產生快速磨耗及過熱現象,現今隨著超音波加工的進步,許多產業都將此技術加入到生產製程當中來提升產品的品質及提升工作之效率。在小型材料剪裁及修整時,常利用超音波切割刀來做使用,但因價格昂貴且無法根據需求及安裝位置而做隨時調整及配合。
本論文主要設計一小型超音波切割刀能根據使用者不同使用需求來做調整設計及改良,研究分為兩個部分,第一部分為超音波驅動電路,透過電路設計及元件之選用,能根據使用者不同的需求來選擇要運用在加工上之超音波驅動頻率以及工作電壓大小。第二部分為切割刀變幅桿機構設計,透過工學理論設計出一標準尺寸,再透過有限元素(ANSYS軟體)模擬兩種方式來設計並得到符合使用者所需要之運動方向及變幅桿尺寸。最後將所設計之超音波切割刀利用頻譜分析儀量測並比較分析模擬之結果,再將透過驅動電路來驅動超音波切割刀,運用示波器檢測電壓電流波型鎖相迴路之功能。
In the past the workpiece is often in a continuous contact with the state in the tool when processing materials. The tool is prone to rapid wear and overheating. With the progress of today's ultrasonic processing, many industries are adding this technology to the production process to improve product quality and enhance the efficiency of the work. In the small material cutting and trimming often use ultrasonic cutting knife, but cannot be adjusted according to demand and installation location and coordination and expensive. In this paper, the design of a small ultrasonic cutting knife according to the different needs of users to do to adjust the design and improvement. The study is divided into two parts. The first part, ultrasonic drive circuit through the circuit design and component selection can be based on the different needs of users to choose to use in the processing of the ultrasonic drive frequency and operating voltage In the second part, the design of the sonotrode mechanism is designed through the theoretical calculation of the standard size and then through the finite element simulation (ANSYS) of two ways to design and meet the required direction of motion and size. Last, measure and compare simulation results of ultrasonic cutting knife with spectrum analyzer. Drives ultrasonic cutting knife through driving circuit and detect phase-locked loops with observe the voltage and current waveforms on the oscilloscope.
摘要 I
Abstract II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1超音波加工相關文獻 2
1.2.2超音波驅動電路相關文獻 3
1.2.3超音波變幅桿相關文獻 5
1.3 研究目的 6
1.4 本文架構 7
第二章 壓電制動器原理 8
2.1超音波 8
2.2壓電材料的特性 9
2.2.1正壓電效應: 10
2.2.2逆壓電效應: 10
2.4 藍杰文振動子 12
2.3壓電制動器的效率 14
第三章 壓電超音波切割刀設計 18
3.1變幅桿設計原理 18
3.2變幅桿設計 23
3.3有限元素分析理論 25
3.3.1有限元素法的基本架構 25
33.2模態分析 26
3.3.3簡諧分析 28
3.4變幅桿模態分析 29
3.4.1 理論變幅桿分析 30
3.4.2 模擬變幅桿l2長度變化 35
3.4.3 模擬固定l2長度模擬l1長度之變化 41
第四章 驅動電路設計 48
4.1 訊號產生電路 48
4.2 功率放大電路 53
4.2.1 放大器的種類 53
4.2.2隔離電路與驅動電路 54
4.3 鎖相電路 60
第五章 超音波切割刀實驗驗證 65
5.1 實驗硬體設備 65
5.1.1 直流電源供應器 65
5.2.2 示波器 66
5.3.3頻譜分析儀 67
5.2 實驗規劃 68
5.3量測結果 69
第六章 結論與未來展望 73
6.1 結論 73
6.2 未來展望 73
第七章 參考文獻 74
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