机械零件的主要失效形式有断裂、表面损伤和过量塑性变形。断裂失效对零件和机械设备的破坏程度最大,往往会造成较大的人员和设备事故,疲劳断裂又是零件断裂失效的主要形式,因此改善零件的抗疲劳破坏能力可以显著的提高机械零件可靠性和使用寿命。喷丸强化技术是提高金属零件疲劳强度的一种有效的方法,目前己经在工农业生产中得到了广泛的推广和应用。喷丸强化工艺能够消除零件表面存在有害拉应力和微裂纹,提高零件的表面疲劳强度和抗腐蚀能力。喷丸强化处理后零件表面存在的压应力层能够有效阻止表面疲劳裂纹源形成和向内部扩展,此外,喷丸强化工艺还具有操作简单,成本低廉,适应性强的优点。超声喷丸是一种新型的表面改性技术。它采用超声波作为动力源,设备体积小、耗能更少,而且喷丸表面压应力层深度和最大残余应力值都优于传统喷丸工艺,工件表面粗糙度值明显下降。但是现有超声喷丸强化设备工作时加工方式不灵活,废料难以及时清除,影响使用范围和喷丸加工效果。针对以上所提及的超声喷丸工艺存在的不足,本文提出气动辅助超声喷丸强化方法,它主要是将超声喷丸强化系统与气动辅助运输系统结合起来,改进原喷丸强化设备的工作方式,进而实现弹丸的循环利用和复杂工件的高效喷丸强化。主要研究内容有：1.在对超声喷丸强化的原理和设备组成进行深入的研究的基础上,描述了气动辅助超声喷丸强化的工作原理和其组成部分,结合组成单元的功能特性和结构特点,设计了实验装置,验证了新型喷丸方案的可行性和科学性。2.研究分析引射器的原理和特点,根据气动辅助运输系统要求设计制造了满足实验要求的弹丸引射器,实现了弹丸的循环输送。通过对超声变幅杆设计原理和构造特点的研究,结合实验要求,采用优化设计方法,利用ANSYS有限元软件对单一半波长变幅杆进行优化,设计出了具有大振幅比的新型超声变幅杆。结果表明：优化后超声变幅杆不仅具有大的振幅放大比而且有良好的形状因数,满足了实验的基本要求。3.选用不同的工艺参数进行气动超声喷丸强化实验,利用压力测试系统实测不同条件下丸粒的最大冲击力,对比分析实验结果,明确了各参数对喷丸效果的影响情况。4.应用LS-DYNA软件对单丸粒冲击过程进行有限元仿真,分析了残余应力的产生和发展过程。仿真结果表明：实验测量丸粒的冲击力与仿真获得的弹丸冲击最大压力数值相当,接触区域下沿垂直方向上的残余应力数值和变化趋势的仿真结果和接触力学理论计算结果相近,有限元仿真结果可以用于对超声喷丸进行初步的预测和分析。