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超声波变幅杆

超声波变幅杆是超声振动系统中一个重要的组成部分,它在振动系统中的主要作用是把机械振动的质点位移或速度放大,并将超声能量集中在较小的面积上即聚能,因此也称超声变速杆或超声聚能器。

原理

在高声强超声如超声加工、超声焊接等应用中,辐射面的振动幅度一般需要几十到几百微米,只有在换能器的端面连接超声波变幅杆,才能将机械振动幅度放大到符合要求。另外,超声波变幅杆还可以作为机械阻抗变换器,在换能器和声负载之间进行阻抗匹配,使超声能量更有效地从换能器向负载传输。

“超声波变幅杆”

分类

振动类型:分为纵振、扭振、弯振以及复合振动(纵弯、纵扭),四类。在功率超声的加工和处理应用中,纵振型应用最为普遍。

母线形状:单一变幅杆的母线形状来分类,又可分为阶梯、指数、悬链线、圆锥、高斯、傅里叶、余弦等类型,若将这些单一形状变幅杆组合起来进行设计,则是复合型变幅杆。

二分之一波长的纵振变幅杆的设计方案:传统解析法     等效电路法      替代法(机械阻抗相等法)     传输矩阵法     有限元法    

其他方法 :变幅杆设计方法还有传输线法、分段趋近法、 表观弹性法等

历史

上世纪40年代发明的纵振指数型变幅杆,是为了高强大功率超声波的应用。

上世纪50年代原苏联学者提出悬链线型变幅杆和多级组合变幅杆。

上世纪60年代提出了描述变幅杆形状因数的概念,并发展了一种应力沿杆件均匀分布的高斯型变幅杆,获得了高位移振幅。森荣司提出振动方向变换器,开辟了用变幅杆件功率合成方法获得高强特大功率(50KW以上)超声的途径。

上世纪80年代森荣司等又提出夹心弯曲换能器结构。

90年代根本佐久良雄等人则提出了夹心扭转换能器结构。

随后又出现了弯曲振动变幅杆和扭转振动变幅杆,扩大了工业应用范围。

除了以上杆件形状外,在大功率超声冷拔丝、管等应用中出现了等厚度或变厚度的盘形或环形聚能器;在超声焊接、切割中又出现了大型块状变幅杆件。

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