超声变幅杆，又称超声聚能器、超声变速杆，是超声振动系统里的重要组成部分，其外形通常为变截面杆。其作用不仅表现在将机械振动质点的位移量和运动速度进行放大，并将超声能量聚集在较小的面积上，产生聚能作用；还可以兼顾换能器和负载之间的阻抗匹配的作用，使超声能量更有效地从换能器向负载传输。^[1]另外， 变幅杆还能将换能器和恶劣环境隔离开，使换能器避免被腐蚀及减少受到热的影响。

参数化设计是指将工程本身编写为函数与过程，通过修改初始条件并经计算机计算得到工程结果的设计过程，实现设计过程的自动化。其中参数和对象有一定的关系，当赋予不同的参数值时，可以直接构成新的图形模型。

按照振动类型，超声变幅杆可分为纵向振动变幅杆、弯曲振动变幅杆、扭转振动变幅杆。其中纵向振动变幅杆可分为简单形、复合形，简单形又可分为指数形、圆锥形、悬链形、阶梯形。

罗澜，凤飞龙^[2]等人基于圆柱中的导波模式解提出了精确求解大尺寸阶梯变幅杆振动频率与振动模态的解析计算方法，但是并没有继续深入应用到参数化中；马继召，祝锡晶^[3]等人以圆锥形变幅杆为例对变幅杆进行参数化设计，但仍有一定的局限性；李彬，李亚^[4]等人在圆锥过渡阶梯型复合变幅杆的优化设计中，用ANSYS进行优化，并通过APDL语言对变幅杆进行参数化建模和模态分析，通过编写的程序代码，VB可视化调用ANSYS生成的优化文件，实现了变幅杆的参数化优化设计，但是过程有一定的复杂性；王忠进，缪兴华^[5]等人采用解析法设计了阶梯形超声变幅杆，并采用有限元分析法制作变幅杆并对其修正和仿真，但是不方便进行参数化建模；吕升锋，龙建军^[6]等人运用ANSYS Workbench软件，设计带有加工工具的超声变幅杆并进行模态分析,并在此基础上优化设计，设计带加工工具的阶梯形超声变幅杆提供了新思路，但仍存在不能统一参数化建模的不足之处。

在科技不断创新的今天，超声加工凭借着加工范围广、工件加工精度高、易于加工各种复杂形状的型孔和成形表面、加工机床的结构简单以及可以与其他多种加工方法结合应用等特点，在材料加工上具有越来越重要的地位。而作为其重要一个组成部分的超声变幅杆，直接关系到整个系统的性能。因此，将超声变幅杆进行参数化系统设计，有利于扩大超声振动系统的应用范围，并且提高超声变幅杆的生产和制造效率，进一步降低工厂成本和增加利润。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：本文研究的主要是超声变幅杆(超声变幅器)，顾名思义就是配合超声换能器改变超声振动幅度的功能组件。其主要作用是改变换能器的振幅、提高振速比、提高效率，提高机械品质因数，加强耐热性，扩大适应温度范围，延长换能器的使用寿命。超声波换能器通过安装变幅杆调整了换能器与超声波工具头之间的负载匹配，减小了谐振阻抗，使其在谐振频率工作提高了电声转换效率，有效降低了超声波换能器的发热量，提高使用寿命。本次主要针对以下三方面进行研究：1.不同类型超声变幅杆的参数计算；2.不同类型超声变幅杆的三维造型构建；3.超声变幅杆的参数化设计软件开发。

目标：深入了解超声变幅杆，构建出一套超声变幅杆的参数化设计系统，并且在此基础上完成一篇相关论文。

技术方案及措施：查阅有关资料了解不同超声变幅杆的参数如何计算；利用UG、SolidWorks等在参数条件约束的基础上对其进行三维模型构建；通过二次开发构建联系平台、visual basic进行系统页面设计，C 语言的代码作为联系来建立一套参数化系统。

如图所示：