超声复合加工的加工能力与变幅杆的振动特性有关,为了提升材料利用率,利用模态分析法对四种常用几何形状,及铝合金、钛合金和45钢三种材料的变幅杆进行了模态分析。结果表明在理想轴向振动模态下,四种几何形状中,指数形的固有频率最高,其中钛合金指数形变幅杆的仿真频率与设计频率最接近;铝合金圆锥形变幅杆的频率与泊松比、密度呈负相关,与弹性模量的呈正相关;四种几何形状中,阶梯形变幅杆固有频率范围最宽,圆锥形变幅杆最窄。对于需要频繁更换工具头的超声系统可选用固有频率的范围较大的45钢阶梯形变幅杆。以上结论为超声复合加工中变幅杆选材提供了参考。

论述了在VB平台上用迭代法优化设计超声变幅杆的过程。通过VB编程优化设计大大的缩短超声变幅杆设计周期,使设计精度得到显著提高,并且可以设计出用传统的设计方法所无法达到的最优方案。VB编程不但能用于机械设计计算程序,更重要的是能用于机械设计计算的研究,寻找最优的解为设计人员提供最佳的设计建议。

设计一个声振系统谐振测试装置，利用该装置可以准确、快速地设计出超声变幅杆，为基于声振系统的零件加工提供方便，使零件的精度进一步提高。

对QDFM-125型超声波封尾机的变幅杆进行研究，发现了其设计缺陷。改进了原有变幅杆的结构，并与原变幅杆进行封口比较。结果表明，改进后的变幅杆传递超声，能量损失减少，工作效率提高。

利用变幅杆的理论设计公式，通过计算机辅助设计，计算出复合型变幅杆的谐振长度及位移分布等；并利用有限元对变幅杆进行模态和谐振分析，得到的结果与理论值通过位移分布曲线，可以直观地看到满足正弦波曲线，其精度满足工程设计的需要。

超声变幅杆是超声振动系统中的重要元件，针对传统的设计方法存在着效率低、精度差等缺点，以超声变幅杆的设计原理和结构类型为重点，运用现代设计技术，在SolidWorks平台的基础上，使用VisualBasic语言开发了超声变幅杆数字化设计系统。该系统集成了实例推理技术和专家系统等现代设计方法，实现了变幅杆从类型选择到结构尺寸确定等一系列工作的智能化，提高了变幅杆设计的质量和效率。

针对变幅杆振动分析的一维振动求解理论和齿轮超声加工研究现状，提出基于三维弹性动力学方程，利用能量变分原理，采用里兹法求解特征值的方法，统一了圆锥、圆截面指数形和悬链形变幅杆的扭转、纵向、弯曲振动的固有频率和振型求解方法；计算了不同直径比、长径比变幅杆的四位有效数字无量纲固有圆频率。设计加工了大、中、小截面指数形变幅杆，并利用锤击激励法做了模态实验。对其一维欧拉一伯努利、三维振动里兹数值法、有限单元法、实验模态法进行对比分析，结果表明：三维振动里兹数值法求解结果比一维振动求解理论准确，可以作为其他数值求解方法的验证标准；为其他非均匀截面变幅杆的振动特性分析提供了一种新的求解方法。

基于传统形状的变幅杆放大系数与形状因数不能同时放大的局限性，以3次样条曲线作为变幅杆轴截面的母线形状，应用ANSYS有限元动力学分析与优化设计方法，设计出了在满足材料许用工作应力条件下、具有良好形状因数与较大振幅放大系数的新型变幅杆。

以3次B样条曲线作为超声变幅杆横截面的轮廓形状，应用有限元软件ANSYS的动力学分析功能与优化设计方法，设计出在既能满足材料许用工作应力、又具有较高形状因数与较大振幅放大系数的新型超声变幅杆。应用Matlab软件对其节点位置进行理论计算。针对传统基于波动理论的求解方法计算量大，变幅杆轮廓线质点与对应轴线质点之间存在相对偏移等问题，提出一种基于Ansys有限元动力学分析与优化设计方法的变幅杆节点定位方法。并应用于传统形状变幅杆进行比较，验证了其正确性。