换能器作为超声振动系统的核心部件,其性能的优劣直接决定超声技术的应用。而结合面在换能器中广泛存在,是影响换能器动力学特性的重要因素之一。为此,本文从超磁致伸缩超声换能器的设计出发,研究结合面的名义接触面积,预应力和粗糙度三个因素对换能器动力学特性的影响规律。考虑结合面的影响对超磁致伸缩换能器进行动力学特性研究,研究成果对换能器的设计具有重要的参考价值。首先,根据四分之一波长原理设计了带有工具头的复合型变幅杆和双超磁致伸缩棒型超声换能器。考虑结合面名义接触面积的不同,对换能器进行了不同尺寸的设计,通过有限元仿真对变幅杆进行了尺寸优化。根据磁场要求,设计了换能器的偏置磁场和驱动磁场。为了减小换能器工作中的发热,设计了相应的冷却系统进行冷却。其次,从结合面预应力和名义接触面积两方面对换能器进行了分析。有限元分析中选取Prets179号预紧力单元在不同尺寸换能器的预紧螺栓上分别施加不同大小的预紧力,分析了换能器的模态及振幅变化,并制作换能器样机进行了实验验证。得出结论:换能器的固有频率随螺栓预紧力的增大而增大,且增幅减小;谐振振幅随螺栓预紧力的增大先增大后减小,在预紧力为300-500N时,具有最大振幅;当结合面名义接触面积较小时,换能器具有较大输出振幅。对不同接触面积的换能器进行了二维磁场分析,发现结合面名义接触面积较小时,超磁致伸缩换能器具有较大的磁场强度和磁感应强度。最后,研究了换能器中不同粗糙结合面对其动力学特性的影响。根据结合面理论将不同大小的粗糙度结合面转换为具有一定刚度和阻尼的Combin14号单元进行有限元仿真。分别研究了仅考虑变幅杆与前导磁片间的结合面、仅考虑后盖板与后导磁片间的结合面、综合考虑这两个结合面三种情况在结合面刚度变化、阻尼变化、刚度和阻尼同时变化时,超磁致伸缩换能器动力学特性的变化规律。根据粗糙度研究方案加工出换能器样机对换能器动力学特性进行了实验验证。得出结论:在相同约束条件下,随着结合面刚度的增大,换能器的固有频率随之增大,振幅也随之增大;随着结合面阻尼的增大,换能器固有频率不变,振幅增大;随着结合面刚度和阻尼同时增大,换能器固有频率与相同刚度时换能器固有频率相等,换能器谐振振幅增大,即随着结合面粗糙度减小,换能器谐振频率增大,谐振振幅增大;当两个结合面粗糙度相同时,仅改变后盖板与后导磁片间的结合面粗糙度时换能器振幅小于仅改变变幅杆与前导磁片间的结合面粗糙度时换能器的振幅。