[發(fā)明專利]一種切向伸縮式超聲波扭轉(zhuǎn)換能器

無效

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• 申請日: 2009-08-12
• 公開（公告）號: CN101628283A
• 公開（公告）日: 2010-01-20
• 發(fā)明（設計）人: 張德遠;盧慧敏;姜興剛;秦威;張文全
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發(fā)明涉及一種換能器，更特別地說，是指一種切向伸縮式超聲波扭轉(zhuǎn)振動換能器，適用于超聲波振動切削(振動鉆削、振動鉸削和振動攻絲)、超聲焊接、超聲波馬達和超聲疲勞實驗等領域。

背景技術

在振動切削領域，特別是難加工材料加工和微小孔加工方面，扭轉(zhuǎn)振動具有明顯優(yōu)勢。超聲波扭轉(zhuǎn)振動鉆孔能夠顯著降低鉆削力、提高鉆孔質(zhì)量、降低出口毛刺；超聲波扭轉(zhuǎn)振動鉸削能夠抑制低速加工中產(chǎn)生的積屑瘤、提高孔的表面質(zhì)量；超聲波扭轉(zhuǎn)振動攻絲能夠大大降低攻絲扭矩、提高攻絲效率、提高刀具壽命和螺紋質(zhì)量。

在超聲波焊接領域，采用扭轉(zhuǎn)振動在某些情況下比其它振動形式更為有效。超聲塑料焊接方面，采用扭轉(zhuǎn)振動的大尺寸焊接工具頭比縱向振動容易設計。

在超聲波馬達領域，扭轉(zhuǎn)振動是驅(qū)動超聲馬達轉(zhuǎn)子運動最直接的振動形式。

超聲振動用于疲勞實驗，可將實驗效率提高數(shù)百倍。

相對于其他類型的超聲振動，扭轉(zhuǎn)振動換能器是一種較難實現(xiàn)的換能器形式。理論上可以通過切向極化的壓電陶瓷制作扭轉(zhuǎn)換能器，但是切向極化的壓電陶瓷在制造工藝上很難實現(xiàn)。使用長度方向極化的壓電陶瓷按照一定的粘接方法，也可以得到實現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動，但是這種方法制造的扭轉(zhuǎn)換能器功率和輸出振幅較小。通過特殊結構也可以把縱向超聲振動轉(zhuǎn)換為扭轉(zhuǎn)振動，但是結構較為復雜。利用模式轉(zhuǎn)換方式也可以把彎曲振動方式轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)振動，但這種形式在激勵方面顯得較為復雜，需兩路波形準確耦合，另外這種扭轉(zhuǎn)換能器的功率和振幅不是很大，并夾雜其它模式的振動。

發(fā)明內(nèi)容

為了應用較為簡單的結構器件實現(xiàn)超聲純扭轉(zhuǎn)振動，本發(fā)明提供一種切向伸縮式超聲波扭轉(zhuǎn)換能器，該扭轉(zhuǎn)換能器將超聲波電源輸出的電信號轉(zhuǎn)換成兩個頻率振幅相同、方向相同的切向伸縮振動，通過變幅桿對振幅的放大，直接在換能器的前端端部產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，這種換能器結構簡單，制作方便，輸出功率振幅大。

本發(fā)明的一種切向伸縮式超聲波扭轉(zhuǎn)換能器，包括有前蓋體、后蓋體、A驅(qū)動組件、B驅(qū)動組件和四個長螺釘(A長螺釘、B長螺釘、C長螺釘、D長螺釘)，A驅(qū)動組件與B驅(qū)動組件的結構相同。

四個長螺釘、兩個驅(qū)動組件與前蓋體、后蓋體的連接關系為：

A驅(qū)動組件中的A電極與后蓋體的D連接臂的D側面接觸，A驅(qū)動組件中的C電極與前蓋體的A連接臂的接觸面接觸，用B長螺釘順次穿過W通孔、A通孔、C通孔、E通孔、G通孔、I通孔后螺紋連接在B螺紋孔上，用A長螺釘順次穿過X通孔、B通孔、D通孔、F通孔、H通孔、J通孔后螺紋連接在A螺紋孔上。

B驅(qū)動組件中的F電極與后蓋體的C連接臂的C側面接觸，B驅(qū)動組件中的D電極與前蓋體的B連接臂的接觸面接觸，用D長螺釘順次穿過U通孔、S通孔、Q通孔、O通孔、M通孔、K通孔后螺紋連接在D螺紋孔上，用C長螺釘順次穿過V通孔、T通孔、R通孔、P通孔、N通孔、L通孔后螺紋連接在C螺紋孔上。

本發(fā)明一種切向伸縮式超聲波扭轉(zhuǎn)換能器的優(yōu)點：

(1)A驅(qū)動組件和B驅(qū)動組件能夠產(chǎn)生一對頻率振幅相同、振動方向相同的伸縮振動。并且兩組驅(qū)動組件無驅(qū)動相位差，只需單路超聲波電源驅(qū)動，驅(qū)動方式簡單。

(2)通過在前蓋體的連接臂與后蓋體的連接臂上相對安裝兩個驅(qū)動組件，直接能夠驅(qū)動前蓋體上的兩個連接臂產(chǎn)生切向伸縮振動。

(3)前蓋體、后蓋體采用叉形臂設計，可以將驅(qū)動組件產(chǎn)生的伸縮振動直接生成前蓋體的扭轉(zhuǎn)振動，并經(jīng)變幅桿放大后輸出。

(4)前蓋體和后蓋體的非對稱設計保證了產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)波順利向變幅桿前端傳遞，能量損失少，可通過后蓋體上的連接端實現(xiàn)換能器的固定或連接。

(5)本發(fā)明換能器結構簡單，器件少，壓電陶瓷制作和粘結容易。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種切向伸縮式超聲波扭轉(zhuǎn)換能器的結構圖。

圖1A是本發(fā)明一種切向伸縮式超聲波扭轉(zhuǎn)換能器的分解圖。

圖2是本發(fā)明A驅(qū)動組件的結構圖。

圖3是本發(fā)明B驅(qū)動組件的結構圖。

圖4是本發(fā)明前蓋體的結構圖。

圖4A是本發(fā)明前蓋體的另一視角結構圖。

圖4B是圖4A的A向視圖。

圖5是本發(fā)明后蓋體的結構圖。

圖5A是本發(fā)明后蓋體的另一視角結構圖。

圖5B是圖5A的B向視圖。

圖中：???????????1.前蓋體????????101.變幅桿?????102.圓柱座?????121.上板面