随着科技快速发展,轻质塑料组合整体构件在汽车制造、航空航天和人工智能等行业得到广泛应用,但机械、胶接等固接方式难以满足塑料组合构件固接高效率、高可靠性要求,迫切需要研发塑料组合整体构件固接新技术。超声波塑料焊接是一种通过超声振动的焊接头将能量聚焦于焊接件,使接触面分子在热力耦合作用下快速融合的固接方法,目前超声波塑料焊接技术的研究主要集中在微器件键合、复合材料接头性能探讨和界面组织分析等方面,但针对中小型塑料组合构件如何获得高效、可靠的固接效果相关方面的研究成果较少。本文以电子驻车制动系统中的电机齿轮单元(尼龙材质)塑料组合构件焊接工艺为研究对象,采用有限元数值模拟分析和试验相结合的方法,进行超声波焊接成热机理分析、焊接加工系统设计、正交试验焊接参数优化,旨在提高焊接效率、可靠性指标。运用ANSYS有限元分析软件的热力耦合模块建立超声波焊接温度场参数化模型,利用多物理场耦合功能进行热力学分析、温度场模拟,探讨在焊接压力400N、焊接时间0.5s,超声振幅分别为10μm、20μm、30μm、40μm时,焊接区能够达到的温度,得到尼龙材质塑料组合构件焊接的合理振幅为30μm,焊接区温度可达319℃,此研究成果可用于焊接试验及应用的参数选择。分析旋转超声效应,提出摩擦辅助超声波焊接新方法,建立左右拼接及上下固接焊接方式模型,对摩擦及超声作用的成热机理及可达温度进行分析探讨。以前述超声波焊接成热机理的研究结果为基础,基于电机齿轮单元塑料组合构件的超声波焊接技术,设计夹心式压电超声换能器、振幅增大杆、焊接工具头,运用ANSYS软件模态分析、谐响应分析模块对超声振动系统进行参数化建模、特性分析,并对超声焊接振动系统进行优化设计,焊接头端面超声振幅可稳定Oμm-33μm连续可调。设计气动传动系统、压力检测装置测以及装卡装置,构建高效可靠超声波焊接加工总体系统,通过激光微位移传感器进行实际检测试与分析结果基本一致,验证了系统的设计正确性、可靠性。以拉脱力为超声波塑料焊接固接性能的评价标准,选取触发压力、焊接压力和焊接深度进行焊接参数三水平三因素正交试验,得到优化工艺参数组合为:触发压力560N、焊接压力800N、焊接深度0.75mm,相应的拉脱力达到1254N,验证了塑料组合构件超声波焊接方法的良好加工效果及固接可靠性。对尼龙材料塑料进行摩擦辅助超声焊接试验,得到良好的焊接效果,进一步分析完善摩擦辅助超声波焊接新技术,提出有效改进措施,并对应用前景探讨。