输出端轴向开孔的等截面圆柱形超声纵振动变幅杆制造技术

一种输出端轴向开孔的等截面圆柱形超声纵振动变幅杆，其特征在于：在变幅杆的中心线轴向输出端加工有矩形通孔，矩形通孔的外孔壁与输出端之间的距离t为2mm～0.18变幅杆长度L。这种结构的输出端轴向开孔的等截面圆柱形超声纵振动变幅杆，在纵振动谐振频率处工作，输出端除了有变幅杆的纵振动分量外，还会激励有弯曲振动的分量。纵振动和弯曲振动分量的叠加，使得开孔后的等截面圆柱形杆的振幅放大系数比等截面圆柱形实心杆的放大系数提高2.2～5.6倍，实现了等截面圆柱形杆也可成为具有放大系数的超声纵振动变幅杆。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械振动
，具体涉及到超声换能器的超声变幅杆。
技术介绍
功率超声振动系统中的变幅杆主要起着放大振幅作用，以便进行超声加工和超声处理。为了提高超声处理和超声加工的效率，实际应用中，例如超声塑料焊接、超声金属焊接、超声打孔等，在换能器的输入电功率不变的情况下，变幅杆放大系数越大，则工作时间越短，工作效率也越高。传统的变截面实心体变幅杆的振幅放大系数有限，对大振幅的功率超声应用，往往不能满足要求。解决的方法第一种是将多级变幅杆级联在一起，第二种是加大换能器的输入电功率，第一种方法会增大成本，第二种方法会减短换能器的使用寿命。超声变幅杆可广泛地应用于化工、石油、清洗、机械加工、食品、医药、汽车、仪器仪表、纺织、机械加工(如车削、打孔、研磨、塑料焊接、金属焊接)等领域中。它是超声振动系统中一个重要组件，与超声换能器相连接，主要作用是把超声换能器输出的机械振动的质点位移或速度进行放大，并将超声能量集中在变幅杆输出端的面积上即起着聚能的作用，也称变速杆或聚能器。通常超声换能器输出端的振幅较小，只有几微米，超声变幅杆能把振幅放大到超声处理或超声加工所需要几十甚至几百微米的振幅上。因此，超声变幅杆对提高超声振动系统的工作效率，延长换能器的使用寿命有着重要的意义。为了放大质点的振动位移或速度，一般是变幅杆的输入端的面积较大，变幅杆的输入端与换能器输出端相连接，变幅杆的输出端的面积较小，这样可将超声能量集中在较小的输出端面上，实现聚能的作用。传统的变幅杆有阶梯形、圆锥形、悬链线形、指数形、高斯形等几种，都是输入端面积大，输出端面积小。等截面圆柱形杆因两端的面积相同，它的振幅放大系数等于1，不能起到振幅放大的作用。但实际应用中，在换能器的输入电功率一定的条件下，需要变幅杆的输出端的面积较大也能实现聚能，能更大范围地作用于超声加工或超声处理的对象，例如超声乳化、超声研磨、超声污水处理等，按照这个要求，输出端为小截面的变截面变幅杆并不是最佳选择，工作效率不高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、结构简单、放大系数大的输出端轴向开孔的等截面圆柱形超声纵振动变幅杆解决上述技术问题所采用的技术方案是:在变幅杆的中心线轴向输出端加工有矩形通孔，矩形通孔的外孔壁与输出端之间的距离t为2mm?0.18变幅杆长度L。本专利技术的变幅杆长度L为40?200mm，变幅杆直径D为变幅杆长度L的0.15?0.5 倍。本专利技术的矩形通孔长度b为变幅杆长度L的0.15?0.6倍、矩形通孔宽度a为变幅杆直径D的0.3?0.8倍。由于本专利技术采用在圆柱形变幅杆的中心线轴向距离输出端的一定距离处加工有一个矩形通孔，在纵振动谐振频率处工作，输出端除了有变幅杆的纵振动分量外，还会激励有弯曲振动的分量。纵振动和弯曲振动分量的叠加，使得开孔后的等截面圆柱形杆的振幅放大系数比等截面圆柱形实心杆的放大系数提高2.2?5.6倍，实现了等截面圆柱形杆也可成为具有放大系数的超声纵振动变幅杆。【附图说明】图1是本专利技术实施例1的结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术不限于下述的实施例。实施例1在图1中，本实施例的输出端轴向开孔的等截面圆柱形超声纵振动变幅杆由变幅杆I构成。本实施例的变幅杆I的几何形状为圆柱体，变幅杆长度L为120mm，变幅杆直径D为36mm，变幅杆直径D是变幅杆长度L的0.3倍，制作变幅杆I的材料为45 #钢材。在变幅杆I的中心线轴向输出端加工有矩形通孔，矩形通孔的外孔壁与输出端之间的距离t为15.6mm，矩形通孔的外孔壁与输出端之间的距离t为0.13变幅杆长度L。矩形通孔长度b为45mm，矩形通孔长度b为变幅杆长度L的0.375倍，矩形通孔宽度a为19.8mm，矩形通孔宽度a为变幅杆直径D的0.55倍。这种结构的输出端轴向开孔的等截面圆柱形超声纵振动变幅杆与实心体等截面圆柱形超声纵振动变幅杆相比，采用ANSYS有限元软件计算得到，实心体等截面圆柱形超声纵振动变幅杆的纵振动频率为21.9kHz、放大系数为1.0，本实施例的纵振动频率为18.9kHz、小端弯曲振动频率为17.5kHz、放大系数达到5.6。这种结构的输出端轴向开孔的等截面圆柱形超声纵振动变幅杆，在纵振动谐振频率处工作，输出端除了有变幅杆的纵振动分量外，还会激励有弯曲振动的分量。纵振动分量和弯曲振动的分量的叠加，与相同形状、相同材料制作的实心圆柱变截面变幅杆，开孔圆柱变幅杆的振幅放大系数比实心圆柱变截面变幅杆的放大系数提高5.6倍，大大提高了工作效率。实施例2本实施例的变幅杆I的几何形状为圆柱体，变幅杆长度L为120mm，变幅杆直径D为36_，制作变幅杆I所用的材料与实施例1相同。在变幅杆I的中心线轴向输出端加工有矩形通孔，矩形通孔的外孔壁与输出端之间的距离t为2_，矩形通孔长度b为18_，矩形通孔长度b为变幅杆长度L的0.15倍，矩形通孔宽度a为10.8mm，矩形通孔宽度a为变幅杆I直径D的0.3倍。这种结构的输出端轴向开孔的等截面圆柱形超声纵振动变幅杆与实心体等截面圆柱形超声纵振动变幅杆相比，采用ANSYS有限元软件计算得到，实心体等截面圆柱形超声纵振动变幅杆的纵振动频率为21.9kHz、放大系数为1.0，本实施例的纵振动频率为22.8kHz，小端弯曲振动频率为27kHz、放大系数达到4.3。实施例3本实施例的变幅杆I的几何形状为圆柱体，变幅杆长度L为120mm，变幅杆直径D为36_，制作变幅杆I所用的材料与实施例1相同。在变幅杆I的中心线轴向输出端加工有矩形通孔，矩形通孔的外孔壁与输出端之间的距离t为21.6mm，即矩形通孔的外孔壁与输出端之间的距离t为0.18变幅杆长度L，矩形通孔长度b为72mm，矩形通孔长度b为变幅杆长度L的0.6倍，矩形通孔宽度a为28.8mm,矩形通孔宽度a为变幅杆I直径D的0.8倍。这种结构的输出端轴向开孔的等截面圆柱形超声纵振动变幅杆与实心体等截面圆柱形超声纵振动变幅杆相比，采用ANSYS有限元软件计算得到，实心体等截面圆柱形超声纵振动变幅杆的纵振动频率为21.9kHz、放大系数为1.0，本实施例的输出端轴向开孔的等截面圆柱形超声纵振动变幅杆、纵振动频率为8.5kHz、小端弯曲振动频率为5.3kHz、放大系数达到2.2。实施例4在以上的实施例1?3中，变幅杆I的几何形状为圆柱形杆状体，制作变幅杆I所用的材料与实施例1相同，变幅杆长度L为40mm，变幅杆直径D为12mm，变幅杆直径D为变幅杆长度L的0.3倍。在变幅杆I的中心线轴向输出端加工有矩形通孔，矩形通孔的外孔壁与输出端之间的距离t同变幅杆长度L的比例关系与相应的实施例相同，矩形通孔长度b与变幅杆长度L比与相应的实施例相同，矩形通孔的宽度a与变幅杆I直径D比与相应的实施例相同，矩形通孔靠近变幅杆的输出端的端面与变幅杆的输出端面的距离为t与相应的实施例相同。实施例5在以上的实施例1?3中，变幅杆I的几何形状为圆柱形杆状体，制作变幅杆I所用的材料与实施例1相同，变幅杆长度L为200mm，变幅杆直径D为60mm，变幅杆直径D为变幅杆长度L的0.3倍。在变幅杆I的中心线轴向输出端加工有矩形通孔，矩形通孔的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输出端轴向开孔的等截面圆柱形超声纵振动变幅杆，其特征在于：在变幅杆(1)的中心线轴向输出端加工有矩形通孔，矩形通孔的外孔壁与输出端之间的距离t为2mm～0.18变幅杆长度L。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺西平，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61