椭圆超声振动刀柄及其解析设计方法

1.本发明涉及超声精密特种加工技术领域，更为具体地，涉及一种椭圆超声振动刀柄及其解析设计方法。


背景技术：

2.作为一种硬脆材料切削加工的有效方法，椭圆超声振动切削技术得到了国内外学者和工程师的广泛研究。相关研究结果表明：与传统机械加工方法相比，椭圆超声振动切削加工技术可以显著减小硬脆材料切削加工中的切削力、减轻刀具磨损、提高已加工表面的质量。
3.椭圆超声振动切削技术的硬件载体是超声加工系统，特别是作为核心换能、聚能部件的超声换能器及变幅杆，其输出振动的轨迹特性和稳定性对超声加工效果影响很大，因此，系统性设计超声换能器及变幅杆具有一定的工程应用价值。目前换能器及变幅杆多通过有限元参数化建模方法进行结构设计，在有限元分析前通过解析法设计结构的初步尺寸可以有效节省有限元分析时间成本。
4.目前椭圆超声振动刀柄通常通过两个不同方向的纵振复合、纵弯复合或两个不同方向的弯振复合等方式实现椭圆轨迹的生成和输出，其中最早由名古屋大学学者在专利us6637303b2中提出的对称型贴片式椭圆超声振动刀柄通过两组独立的激励信号分别控制两组压电片，实现两个方向的弯振，具有轨迹可控性好的优点。
5.然而，这种刀柄在椭圆超声加工中的应用也存在如下技术问题：
6.1、贴片式刀柄的压电陶瓷片通过胶粘的方式粘结在刀柄侧面，这种装配方式不稳定，也无法为压电陶瓷片提供预紧力，导致压电陶瓷片的振动向后端耗散，超声刀柄输出振动振幅较小，难以满足椭圆超声振动加工的振幅需求。
7.2、由于刀具的安装以及加工装配误差，刀柄在工程应用时难以保证两个分弯振方向上的弯振谐振频率相同，导致刀尖输出点并不同时处于两个方向分弯振的振动波腹位置，影响刀柄的输出轨迹和振动特性。
8.3、传统超声变幅杆的解析设计方法主要针对纵振型变幅杆，对于弯振超声变幅杆，缺乏一种系统的解析设计方法。
9.基于以上技术问题，亟需一种振动稳定性高、振幅大的椭圆超声振动刀柄且能够实现弯振超声变幅杆解析设计的方法。


技术实现要素：

10.鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种椭圆超声振动刀柄及其解析设计方法，以解决传统的椭圆超声振动刀柄的压电陶瓷片安装稳定性差、缺乏预紧力、输出振幅小且其解析设计方法无法适应弯振超声变幅杆的问题。
11.本发明实施例中提供的椭圆超声振动刀柄包括变幅杆、设置在所述变幅杆的端部的刀具定位组件以及设置在所述变幅杆上的压电换能机构；其中，
12.在所述变幅杆的侧壁上开设有定位槽，所述压电换能机构包括在所述定位槽的内部自内向外嵌设的负极电极片和压电陶瓷片，在所述压电陶瓷片远离所述负极电极片的一面设置有正极电极片，在所述正极电极片的外侧设置有压紧组件；并且，
13.所述负极电极片与所述压电陶瓷片之间以及所述正极电极片与所述压电陶瓷片之间均通过所述压紧组件挤压贴合。
14.此外，优选的方案是，所述变幅杆的中部的横截面呈四边形结构，在所述变幅杆的中部的四个面上均开设有所述定位槽；并且，
15.所述压紧组件包括设置在各正极电极片的外侧的钢盖以及套设在所述变幅杆的中部的外侧的四边形套筒，所述四边形套筒的四个面分别通过预紧螺栓将相对应的四个钢盖压紧固定。
16.此外，优选的方案是，在所述正极电极片与所述钢盖之间夹设有绝缘垫。
17.此外，优选的方案是，所述变幅杆的中部的横截面呈正四边形结构；并且，
18.任意相对的两个所述压电陶瓷片对称设置，任意相邻的两个所述压电陶瓷片垂直设置。
19.此外，优选的方案是，在所述负极电极片与所述压电陶瓷片之间以及所述正极电极片与所述压电陶瓷片之间均涂覆有凡士林。
20.此外，优选的方案是，在所述变幅杆的两端均设置有所述刀具定位组件；其中，所述刀具定位组件包括定位螺丝和垫片，两个待安装刀具分别通过相应的所述定位螺丝配合所述垫片固定在所述变幅杆的两端；并且，
21.两个所述待安装刀具相互垂直。
22.此外，优选的方案是，所述变幅杆包括处于中部的第一阶梯段、处于所述第一阶梯段两侧的两个第二阶梯段以及分别处于两个所述第二阶梯段的外侧的第三阶梯段；其中，
23.所述第一阶梯段、所述第二阶梯段以及所述第三阶梯段一体成型；并且，所述第一阶梯段的横截面呈正四边形结构，所述第二阶梯段与所述第三阶梯段的横截面均呈圆形，两个所述刀具定位组件分别设置在两个所述第三阶梯段远离所述第二阶梯段的一端。
24.此外，优选的方案是，所述第一阶梯段、所述第二阶梯段以及所述第三阶梯段均为等截面杆。
25.此外，优选的方案是，在两个所述第二阶梯段与所述第三阶梯段的连接处均设置定位法兰，所述定位法兰与所述变幅杆一体成型；并且，
26.所述定位法兰包括内圈和外圈，其中，所述内圈与所述变幅杆固定连接，所述外圈连接在所述内圈外侧，所述内圈的厚度小于所述外圈的厚度。
27.另一方面，本发明还提供一种如前述的椭圆超声振动刀柄的解析设计方法，所述解析设计方法包括：
28.确定所述椭圆超声振动刀柄的工作频率、材料参数、所述变幅杆的阶梯段数以及各阶梯段的横截面积；其中，所述阶梯段数为3，第一阶梯段处于中间，两个第二阶梯段处于所述第一阶梯段的两侧，两个第三阶梯段分别处于两个所述第二阶梯段的外侧；
29.基于铁木辛柯弯曲振动理论根据所述工作频率、材料参数、以及各阶梯段的横截面积确定各阶梯段的轴向长度；
30.将各阶梯段相连接形成所述变幅杆；其中，所述各阶梯段之间的连接处处于所述
变幅杆的弯振振动的波节位置或波腹位置，所述压电陶瓷片处于所述变幅杆的弯振振动的波腹位置。
31.此外，优选的方案是，所述椭圆超声振动刀柄的解析设计方法还包括：
32.根据待安装刀具的厚度确定所述第三阶梯段的直径；
33.基于面积衰减系数根据所述第三阶梯段的直径确定所述第一阶梯段的直径和所述第二阶梯段的直径。
34.此外，优选的方案是，所述面积衰减系数为所述椭圆超声振动刀柄的振动放大系数的均方根；并且，所述第二阶梯段的直径为所述第三阶梯段的直径除以所述面积衰减系数，所述第一阶梯段的直径为所述第二阶梯段的直径除以所述面积衰减系数。
35.从上面的技术方案可知，本发明提供的椭圆超声振动刀柄及其解析设计方法相比于现有的采用胶粘将压电陶瓷片粘结到刀柄上的方式，通过采用钢盖、四边形套筒和预紧螺栓实现压电陶瓷片和变幅杆的紧密连接，并为压电陶瓷片提供预紧力，有利于椭圆超声振动刀柄的末端输出更大的超声振幅。另外，本发明提供的椭圆超声振动刀柄采用垂直、对称的排布方式在变幅杆的两端同时安装刀片(刀具)，使得椭圆超声振动刀柄在两个分弯振方向上更具对称型，同时调整安装在刀片的上方的垫片厚度、数量或材料类型，能够使得两个分弯振方向上的弯振谐振频率相同，实现频率匹配，有利于椭圆超声振动刀柄的末端输出理想、稳定的振动轨迹；此外，本发明提供的椭圆超声振动刀柄的解析设计方法，能够根据设计需求，结合matlab程序，快速设计变出幅杆的轴向尺寸，为椭圆超声振动刀柄的结构设计提供理论基础。
36.为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物
附图说明
37.通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
38.图1为根据本发明实施例的椭圆超声振动刀柄的立体图；
39.图2为根据本发明实施例的椭圆超声振动刀柄的主视图；
40.图3为根据本发明实施例的椭圆超声振动刀柄的俯视图；
41.图4为根据本发明实施例的椭圆超声振动刀柄的侧视图；
42.其中的附图标记包括：变幅杆1、第一阶梯段111、第二阶梯段112、第三阶梯段113、定位法兰21、内圈211、外圈212、压电陶瓷片3、绝缘垫4、钢盖5、四边形套筒6、预紧螺栓7、正极电极片8、负极电极片9、待安装刀具10、定位螺丝11、垫片12。
43.在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
44.为详细描述本发明的椭圆超声振动刀柄的结构，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的
实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
45.需要说明，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，若本发明实施例中有涉及术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
46.另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。
47.图1示出了根据本发明实施例的椭圆超声振动刀柄的立体结构，图2示出了根据本发明实施例的椭圆超声振动刀柄的主视结构，图3示出了根据本发明实施例的椭圆超声振动刀柄的俯视结构，图4示出了根据本发明实施例的椭圆超声振动刀柄的侧视结构。
48.结合图1至图4共同所示，本发明实施例中提供的椭圆超声振动刀柄为夹片式双弯型椭圆超声刀柄，包括起主体支撑作用的弯振超声变幅杆1、设置在变幅杆1的两个端部的刀具定位组件以及设置在变幅杆1上的压电换能机构，其中，刀具定位组件用于固定刀具。
49.具体地，为实现压电陶瓷的固定，在变幅杆1的侧壁上开设(可以通过铣设的放置)有长方形的定位槽，所述压电换能机构包括在所述定位槽的内部自内向外嵌设的负极电极片9和压电陶瓷片3，负极电极片9和压电陶瓷片3通过定位槽实现定位，在压电陶瓷片3远离负极电极片9的一面平铺正极电极片8，在正极电极片8的外侧设置压紧组件。
50.在实际安装过程中，负极电极片9与压电陶瓷片3之间以及正极电极片8与压电陶瓷片3之间均通过压紧组件挤压贴合。
51.在本发明的一个优选的实施方式中，可以将变幅杆1的中部的横截面设计为四边形结构，在变幅杆1的中部的四个面上均开设有定位槽；在定位槽内的均设置有负极电极片9和压电陶瓷片3，在各压电陶瓷片3的外侧均铺设有正极电极片8，在各正极电极片8的外侧均设置有压紧组件。
52.具体地，压紧组件可以包括设置在各正极电极片8的外侧的钢盖5以及套设在变幅杆1的中部的外侧的四边形套筒6，四边形套筒6的四个面分别通过预紧螺栓7将相对应的四个钢盖5压紧固定，使得四边形套筒6、钢盖5、正极电极片8、压电陶瓷片3、负极电极片9以及变幅杆1中的任意相邻的两者之间紧密连接。通过设计这种结构的压紧组件，实际使用过程中，可以通过调整预紧螺栓7的拧紧力矩可以为压电陶瓷片3施加预紧力，使压电陶瓷片3在施加电激励前处于压缩状态，保证压电片在工作状态下不会因承受过大拉应力而破碎；并且也有利于刀柄末端可以输出更大超声振幅。
53.此外，由于正极电极片8带正电，而钢盖5由金属材料制成，为防止正极电极片8上的正电荷通过钢盖5导入外界，从而导致整个装置无法使用，可以在正极电极片8与钢盖5之间夹设有绝缘垫4，优选为橡胶绝缘垫4。
54.需要说明的是，变幅杆1的中部的横截面最好设计为呈正四边形结构；并且，任意相对的两个压电陶瓷片3对称设置，任意相邻的两个压电陶瓷片3垂直设置。通过这种设计
四组同样的结构(主要包括正极电极片8、负极电极片9和压电陶瓷片3)分布在变幅杆1的中部的四个相互垂直的平面上，其中，位置相对的两组结构相互配合产生单方向的弯振，位置相邻的两组结构之间通过不同的激励相位差实现两个分方向弯振运动的耦合。
55.此外，还可以在负极电极片9与压电陶瓷片3之间以及正极电极片8与压电陶瓷片3之间均涂覆少量的凡士林，用于填充接触表面之间的微观空隙，保证接触紧密。
56.需要说明的是，在变幅杆1的左右两端均需要设置刀具定位组件；其中，刀具定位组件包括定位螺丝11和垫片12，两个待安装刀具10分别通过相应的定位螺丝11配合垫片12固定在变幅杆1的两端；并且，两组待安装刀具10整体呈对称分布，且两组待安装刀具10的切割方向在空间上相互垂直。这种分布形式有利于确保变幅杆1在两个分弯振方向上的对称性，而如只在变幅杆1的一端安装刀具，另一端不安装刀具，则会由于刀具安装造成整个刀柄的该端的结构和质量发生变化，从而对整个刀柄的两个分弯振方向的弯振谐振频率产生一定影响；而该垂直且对称型的两组刀具的安装方式就能够避免这一问题的发生。另外，在切削加工中，可以考虑使用两个刀具同时加工两个零件的可能性，从而显著提高切削加工的效率。
57.此外，在实际加工和装配中，可能由于存在一定的加工和装配精度误差造成椭圆超声振动刀柄在两个分弯振方向上的弯振的固有频率存在差异，此时可以调节垫片12的厚度、数量或材料类型来实现对谐振频率的调整，使两个弯振方向上的弯振固有频率尽可能接近。
58.在本发明的一个优选的实时方式中，变幅杆1可以由一个第一阶梯段111、两个第二阶梯段112以及两个第三阶梯段113组成，其中，第一阶梯段111处于中部(即中间位置)，两个第二阶梯段112处于第一阶梯段111两侧(即图2中的第一阶梯段111的左右两端)，两个第三阶梯段113分别处于两个第二阶梯段112的外侧(远离第一阶梯段111的一端)。
59.在实际制作过程中，第一阶梯段111、第二阶梯段112以及第三阶梯段113可以通过一体成型的方式制作；并且，第一阶梯段111的横截面呈正四边形结构(对应变幅杆1的中部)，两个第二阶梯段112与两个第三阶梯段113的横截面均需要呈圆形，两个刀具定位组件分别设置在两个第三阶梯段113远离第二阶梯段112的一端，刀具固定在刀具定位组件上。通过将第一阶梯段111的横截面设计为方形结构，能够便于压电陶瓷片3的安装，通过将第二阶梯段112和第三阶梯段113的横截面设计为圆形，有利于道刀具的刀尖输出平滑的二维椭圆轨迹。
60.此外，为实现对整个椭圆超声振动刀柄的定位，可以在两个第二阶梯段112与第三阶梯段113的连接处均设置定位法兰21，定位法兰21与变幅杆1一体成型；并且，定位法兰21包括内圈211和外圈212，其中，内圈211与变幅杆1固定连接，外圈212连接在内圈211外侧，内圈211的厚度小于外圈212的厚度。在实际使用过程中，可以通过两个定位法兰21实现用于整个椭圆超声振动刀柄在测试或切削加工中的装夹固定。并且将定位法兰21的与变幅杆1相连的内圈211设计的较薄，可以减小定位法兰21对椭圆超声振动刀柄本身的振动模态的影响，将外圈212设计的较厚，可以保证椭圆超声振动刀柄装夹固定的稳定性。
61.需要说明的是，为便于对椭圆超声振动刀柄进行解析设计并使其适用于弯振超声变幅杆1，可以将第一阶梯段111、第二阶梯段112以及第三阶梯段113均为等截面杆，即第一阶梯段111为正四棱柱结构，第二阶梯段112和第三阶梯段113为圆柱结构(具体设计原理参
照下述的椭圆超声振动刀柄的解析设计方法中的具体步骤)。
62.另一方面，为实现本发明提供的椭圆超声振动刀柄的制作，本发明还提供一种如前述的椭圆超声振动刀柄的解析设计方法，解析设计方法包括：
63.确定椭圆超声振动刀柄的工作频率、材料参数、变幅杆1的阶梯段数以及各阶梯段的横截面积；其中，阶梯段数为3，第一阶梯段111处于中间，两个第二阶梯段112处于第一阶梯段111的两侧，两个第三阶梯段113分别处于两个第二阶梯段112的外侧；
64.基于铁木辛柯弯曲振动理论根据工作频率、材料参数、以及各阶梯段的横截面积确定各阶梯段的轴向长度；
65.将各阶梯段相连接形成变幅杆1；其中，各阶梯段之间的连接处处于变幅杆1的弯振振动的波节位置或波腹位置，压电陶瓷片3处于变幅杆1的弯振振动的波腹位置。
66.需要说明的是，铁木辛柯弯曲振动理论是基于欧拉
‑
伯努利弯曲振动理论，并考虑等截面杆(即各阶梯段均为等截面杆)的转动惯量和剪切变形提出的，铁木辛柯弯振理论描述的等截面杆的自由弯振方程为：
[0067][0068]
其中η(x，t)为等截面杆弯曲位移，它是时间t和轴向位置x的函数，g为剪切弹性模量，κ为剪切系数，且：
[0069][0070]
其中，e为等截面杆的杨氏模量，i为惯性矩，ρ为密度，a为截面积。方程(1)的解可以表示为：
[0071][0072]
此处c为常量，ω
n
为第n阶固有圆频率，将式(2)代入式(1)得到等截面杆自由弯振频率方程：
[0073][0074]
阶梯型变幅杆1可以看作几节等截面杆连接而成，连接点可以为弯振振动的波节点或波腹点，单节变幅杆1的频率方程可以表示为：
[0075]
对称型：
[0076]
反对称型：
[0077]
其中，对称型方程对应杆的轴向中点为弯振波腹点，反对称型方程对应杆的轴向中点为弯振波节点。其中各参数的计算公式为：
[0078][0079]
[0080]
其中，
[0081][0082][0083][0084]
此处ω是角频率，a是杆截面积，ρ是杆密度，e是杆的杨氏模量，i是杆的截面惯性矩。
[0085]
根据上述介绍铁木辛柯弯曲振动理论的原理可知，可以通过铁木辛柯弯曲振动理论实现对于任意多阶梯的阶梯型变幅杆1进行解析设计；具体过程(对于上述的椭圆超声振动刀柄的解析设计方法)包括：
[0086]
1)根据实际需求设定双弯型椭圆超声振动刀柄的工作频率，设定变幅杆1的阶梯段数、各阶梯段的横截面积以及各所有阶梯段的材料参数；
[0087]
2)对于每一各阶梯段，将其材料参数、工作频率、横截面积代入上述的频率方程(4)或(5)中，即可计算出各阶梯段的轴向长度，通常情况下，阶梯段数常小于等于三阶(本发明选用三阶)，并且，弯振类型有对称型和反对称型两种(根据实际需求选择)；
[0088]
3)将各阶梯段顺次连接从而得到本发明提供的变幅杆1，其中，相邻阶梯段的连接处应处于弯振振动的波节位置或波腹位置，从而保证弯振传输损耗较小；压电陶瓷片3的安装位置应处于弯振振动的波腹位置，从而保证压电陶瓷片3的振动尽可能传入椭圆超声振动刀柄中。
[0089]
需要说明的是，变幅杆11的第三阶梯段113的直径可根据加工刀具的厚度进行设定，第二阶梯段112和第一阶梯段111的直径可以由第三阶梯段113的直径除以面积衰减系数所得，面积衰减系数应为所需振动放大系数的均方根。
[0090]
此外，还需要说明的是，对于本发明提供的椭圆超声振动刀柄，第三阶梯段113应处于一阶反对称弯振，其长度为其直径代入上述方程(5)中所得第一个解；第二阶梯处于一阶对称弯振，其长度为其直径代入上述方程(4)中所得第一个解；第一阶梯段111处于反一阶对称弯振，其长度为其直径代入上述方程(5)所得第一个解的两倍。
[0091]
为进一步说明本发明提供的椭圆超声振动刀柄的结构及其解析设计方法，下面详细介绍其制作及使用过程。
[0092]
(一)、针对实际应用场合，确定椭圆超声振动刀柄的工作频率，选定椭圆超声振动刀柄的材料(主要为变幅杆1的各阶梯段的材料)，选定刀具的尺寸，根据刀具尺寸基于铁木辛柯弯曲振动理论确定三个阶梯段的直径。
[0093]
其中，针对应用需求，确定椭圆超声振动刀柄的振动放大系数，得到其均方根作为面积衰减系数，则第二阶梯段112的直径为第三阶梯段113的直径除以面积衰减系数，第一阶梯段111的直径为第二阶梯段112的直径除以面积衰减系数；然后，将各阶梯段的直径代入上述方程(4)或(5)中求解，即可得到各阶梯段的长度，从而确定变幅杆1的各个尺寸数值。
[0094]
(二)、在正极电极片8和负极电极片9的预留的半圆形空位上焊接导线(图中未示出，相关技术中有诸多介绍，在此不再赘述)。
[0095]
(三)、将负极电极片9、压电陶瓷片3、正极电极片8、橡胶垫、钢盖5和四边形套筒6依次对齐贴合在第一阶梯段111的四个侧面，并用预紧螺栓7压紧，其中，空间位置上相对的压电陶瓷片3的极化方向保持一致，压电陶瓷片3和正极电极片8、负极电极片9间均可涂覆少量凡士林，用于填充接触表面之间的微观空隙，保证接触紧密。
[0096]
(四)、将相同的两片刀具分别安装在第三阶梯段113的末端，尽量保证两个螺丝相同，并保证两片刀具的安装的松紧程度相同。
[0097]
(五)、根据两个刀具的形状，使用不同密度的材料制作多个不同厚度的垫片12，使用阻抗分析仪分别测定刀柄的两个分弯振方向的弯振谐振频率，若两者差值较小(小于50hz)则不加装垫片12，若两者差值较大(大于或等于50hz)则在刀片上方加装垫片12，反复调整两侧垫片12的数量、厚度或材料类型等，使两者差值较小(小于50hz)。
[0098]
本发明提供椭圆超声振动刀柄的椭圆超声振动加工过程如下：
[0099]
①
、加工一种与两个定位法兰21盘相匹配的底座，将本发明提供的椭圆超声振动刀柄通过两个定位法兰21连接固定在底座上，连接固定方式可采用螺栓螺母连接。
[0100]
②
、超声波发生器输出的电能分为两路，一路直接连接到两个位置相对的压电陶瓷片3所对应的正极电极片8上，另一路通过移相器移动一定相位后连接到另外两个压电陶瓷片3的正极电极片8上，保证相对的压电陶瓷片3伸缩方向一致以增大振幅，相邻的压电陶瓷片3的伸缩周期存在一定相位差，所有的负极电极片9均连接电源负极。超声波发生器的输出激励频率应与上述步骤(五)中的阻抗分析仪测到的弯振谐振频率一致。
[0101]
③
、椭圆超声振动刀柄在两个分弯振方向上均为简谐振动，且存在一定相位差，两个弯振振动在刀尖处复合产生二维椭圆轨迹，可利用该椭圆轨迹进行椭圆超声振动切削加工。工件可安装在精密运动平台上，工件待加工表面应与刀具输出椭圆轨迹所在平面垂直；由于椭圆超声振动刀柄同时安装了两片刀片，可考虑同时加工两件工件的可能性。
[0102]
通过上述具体实施方式可知，本发明提供的椭圆超声振动刀柄及其解析设计方法至少具备以下优点：
[0103]
首先，在压电陶瓷片的后端设置钢盖及四边形套筒，能够配合预紧螺栓，实现压电陶瓷片的紧密连接；并为压电陶瓷片提供预紧力，减少压电陶瓷片的振动耗散，增大椭圆超声振动刀柄的输出端振幅。
[0104]
此外，在椭圆超声振动刀柄的两端均安装同样的刀片，且呈一种垂直对称分布，使得椭圆超声振动刀柄在安装刀片后，在两个分弯振方向更具对称性，同时通过调整加装在刀片上的垫片数量、厚度或材料类型等实现两个分弯振方向上弯振谐振频率的匹配，改善刀柄的输出振幅。
[0105]
另外，将铁木辛柯弯曲振动理论应用到了变幅杆的解析设计中，得到设计频率方程，根据频率方程及刀柄材料、设计工作频率等参数计算刀柄的轴向尺寸，为椭圆超声振动刀柄的设计提供理论基础。
[0106]
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出椭圆超声振动刀柄及其解析设计方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的椭圆超声振动刀柄及其解析设计方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护
范围应当由所附的权利要求书的内容确定。