夹角型纵振变幅杆的设计与应用课件

1、夹角型纵振变幅杆的设计与应用贺西平,张海岛陕西师范大应用声学研究所,西安 710062传统的超声振动系统产生沿轴向方向的伸缩振动，正如 它们的结构沿长度方向组成一样. 雕刻乳化打孔焊接图1 功率超声加工的些应用 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图2 L-L-L型振动转换体 本文提出了一种新型的夹角型变幅杆，对该型变幅杆进行了有限元设计，并测试了变幅杆的振型、放大系数 实际中,有的应用需要改变纵振动传输方向,如弯曲管子 内表面的清洗、狭小空间也需改变振动传输方向另外，若与换能器连接的变幅杆能实现一端输入、多端 输出，则能加工或处理多个对象，起到降低生产成本、 提高效率的作用为达到以上的目的1 夹角型变

3、幅杆图3 夹角型变幅杆的结构示意图2.1 振型与放大系数材料为45#钢，有限元方法设计了下表中的几种尺寸的变幅杆2 有限元设计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 变幅杆有限元计算结果图4 夹角型变幅杆的纵振振型计算结果表明：变幅杆的放大系数与输入杆及输出杆的相对尺寸有关，也与夹角有关(但不灵敏). 1）两者几何尺寸相同时,放大系数为1. 2）输入杆与输出杆半径相同时：后者长度小于前者时,放大系数 小于1,且放大系数随角度的增大略微减小;当后者长度大于前 者时,放大系数大于1 ；3）当输入杆半径大于输出杆半径时,放大系数大于1 .2.2 纵振动位移分布(1)(2)变幅杆沿轴线各点的纵振动位移与坐标分量的关系为 图5 变幅杆沿轴向方向归一化位移分布3 测试结果 加工了表1中的1#、4#、5#、6#和7#变幅杆. 与变幅杆相连的

5、纵振动换能器谐振频率为19.8kHz.利用Polytec PSV-400扫描式激光测振仪测试换能器与变幅杆相连组成的振动系统进行测试,对变幅杆端面振幅与放大系数进行了测量图6 1#变幅杆纵振振型, ft=19953Hz 1#变幅杆谐振频率为：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 变幅杆实验测试结果测试结果与计算结果基本吻合边界条件连续条件（a）（b）杆中质点的纵向和横向位移 解析法设计探讨得到以l1、 r、l2、r2、及频率为参数,A1到F2为未知组的12阶齐次方程组,令系数矩阵的行列式为0,可得到变幅杆的共振频率方程 4 夹角型变幅杆的应用图7 锥形辐射面的夹角型变幅杆 4.1 用于管内清洗时，可将本文的夹角型变幅杆改进为如下形式，即在变幅杆的侧面加工出许多锥形辐射面，如下图所示.这样每个锥面均能向管内壁辐射声波.4.2 还可一端输入、多端输出，即可加工、处理多个应用对象图8 一端输入多端输出4 结论 提出了夹角型纵振变幅杆并进行了有限元设计,计算和实验测试表明该变幅杆具有纵振振型.该型两杆的长度与半径是影响放大系数的主要因素,放大系数随输入杆长度减小或半径增大而增大, 夹角影响不大.变幅杆的输入杆与输出杆的连接处纵振