夾角型縱振變幅桿的設(shè)計與應用課件

1、夾角型縱振變幅桿的設(shè)計與應用賀西平,張海島陜西師范大應用聲學研究所,西安 710062傳統(tǒng)的超聲振動系統(tǒng)產(chǎn)生沿軸向方向的伸縮振動，正如 它們的結(jié)構(gòu)沿長度方向組成一樣. 雕刻乳化打孔焊接圖1 功率超聲加工的些應用 2013： Tadeusz G, Lukasz P P, Krzysztof J O. Ultrasonic transducers with directional converters of vibration of longitudinal-longitudinal (L-L) type and longitudinal-longitudinal-longitudinal (L-

2、L-L) type intended to work in gaseous media, In: Proceedings of Meetings on Acoustics. Montreal: Session 5ASA, 2013,1-6圖2 L-L-L型振動轉(zhuǎn)換體 本文提出了一種新型的夾角型變幅桿，對該型變幅桿進行了有限元設(shè)計，并測試了變幅桿的振型、放大系數(shù) 實際中,有的應用需要改變縱振動傳輸方向,如彎曲管子 內(nèi)表面的清洗、狹小空間也需改變振動傳輸方向另外，若與換能器連接的變幅桿能實現(xiàn)一端輸入、多端 輸出，則能加工或處理多個對象，起到降低生產(chǎn)成本、 提高效率的作用為達到以上的目的1 夾角型變

3、幅桿圖3 夾角型變幅桿的結(jié)構(gòu)示意圖2.1 振型與放大系數(shù)材料為45#鋼，有限元方法設(shè)計了下表中的幾種尺寸的變幅桿2 有限元設(shè)計No.l1/mmr1/mml2/mmr2/mmfe/HzMe1#557.5557.5302230812#557.5507.530238690.9883#557.550530214112.334#557.5557.5452186315#557.5507.545235880.9336#557.550545210002.367#557.5557.5602170118#557.5507.560235550.8799#557.550560207502.6310#557.5657.

4、545195131.13表1 變幅桿有限元計算結(jié)果圖4 夾角型變幅桿的縱振振型計算結(jié)果表明：變幅桿的放大系數(shù)與輸入桿及輸出桿的相對尺寸有關(guān)，也與夾角有關(guān)(但不靈敏). 1）兩者幾何尺寸相同時,放大系數(shù)為1. 2）輸入桿與輸出桿半徑相同時：后者長度小于前者時,放大系數(shù) 小于1,且放大系數(shù)隨角度的增大略微減小;當后者長度大于前 者時,放大系數(shù)大于1 ；3）當輸入桿半徑大于輸出桿半徑時,放大系數(shù)大于1 .2.2 縱振動位移分布(1)(2)變幅桿沿軸線各點的縱振動位移與坐標分量的關(guān)系為 圖5 變幅桿沿軸向方向歸一化位移分布3 測試結(jié)果 加工了表1中的1#、4#、5#、6#和7#變幅桿. 與變幅桿相連的

5、縱振動換能器諧振頻率為19.8kHz.利用Polytec PSV-400掃描式激光測振儀測試換能器與變幅桿相連組成的振動系統(tǒng)進行測試,對變幅桿端面振幅與放大系數(shù)進行了測量圖6 1#變幅桿縱振振型, ft=19953Hz 1#變幅桿諧振頻率為：fe=22308HzNo.l1/mmr1/mml2/mmr2/mmfe/Hzft/HzMeMt1#557.5557.530223081995311.8011.010.994#557.5557.54521863201648.4311.054.765#557.5507.545235882033615.990.9330.940.746#557.550545210

6、00201174.392.362.505.607#557.5557.56021701205785.4610.973.09表2 變幅桿實驗測試結(jié)果測試結(jié)果與計算結(jié)果基本吻合邊界條件連續(xù)條件（a）（b）桿中質(zhì)點的縱向和橫向位移 解析法設(shè)計探討得到以l1、 r、l2、r2、及頻率為參數(shù),A1到F2為未知組的12階齊次方程組,令系數(shù)矩陣的行列式為0,可得到變幅桿的共振頻率方程 4 夾角型變幅桿的應用圖7 錐形輻射面的夾角型變幅桿 4.1 用于管內(nèi)清洗時，可將本文的夾角型變幅桿改進為如下形式，即在變幅桿的側(cè)面加工出許多錐形輻射面，如下圖所示.這樣每個錐面均能向管內(nèi)壁輻射聲波.4.2 還可一端輸入、多端輸出，即可加工、處理多個應用對象圖8 一端輸入多端輸出4 結(jié)論 提出了夾角型縱振變幅桿并進行了有限元設(shè)計,計算和實驗測試表明該變幅桿具有縱振振型.該型兩桿的長度與半徑是影響放大系數(shù)的主要因素,放大系數(shù)隨輸入桿長度減小或半徑增大而增大, 夾角影響不大.變幅桿的輸入桿與輸出桿的連接處縱振