[發明專利]單激勵縱-扭復合振動轉換裝置

有效

• 申請號: 201110176076.6
• 申請日: 2011-06-28
• 公開（公告）號: CN102294323A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 鄭建新;劉傳紹;田月紅;張益民;牛振華;張昌娟
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: B06B3/00
• 分類號: B06B3/00;B06B3/02
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新

技術領域

本發明屬于超聲加工技術領域，特別是涉及一種單激勵縱-扭復合振動轉換裝置。

背景技術

傳統的超聲加工大多采用單一的縱向振動或扭轉振動或彎曲振動模式。為擴大超聲應用范圍、改善其應用效果，則可將單一振動進行復合，即縱-彎、縱-扭和彎-扭復合振動模式，常用的是縱-彎和縱-扭復合振動模式超聲加工。復合振動模態已被試驗證明在切削和焊接加工中都能得到優于單一振動加工的質量。

現有的實現縱-扭復合振動的裝置可分為兩大類，一類是利用換能器實現縱-扭復合振動，如利用切向極化的壓電陶瓷換能器、利用軸向的磁致伸縮扭轉換能器、利用縱向振動換能器和扭轉振動換能器同頻雙激勵等；一類是通過轉換器或變幅桿來實現縱-扭復合振動，如縱振推挽式振動裝置、螺旋溝槽式振動裝置、斜槽式縱-扭復合振動裝置等。

利用換能器來實現縱-扭復合振動或受限于換能器功率容量，或在同頻激勵上存在困難；利用現有轉換器或變幅桿來實現縱-扭復合振動則在加工方面存在困難，在設計理論上也不完善。

發明內容

本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種單激勵縱-扭復合振動轉換裝置，它通過具有凹槽、凸臺以及斜面的兩個轉換器頂壓配合來實現單激勵下縱-扭復合振動。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：單激勵縱-扭復合振動轉換裝置，包括第一轉換器和第二轉換器，所述第一轉換器的一端和第二轉換器一端通過榫卯結構的方式頂壓配合，第一轉換器和第二轉換器之間還設有軸向固定機構。

所述第一轉換器和第二轉換器均為圓柱體狀，第二轉換器另一端連接有圓錐形、懸鏈形或指數形的變幅器。

所述軸向固定機構為分別與第一轉換器和第二轉換器外部螺紋連接的螺紋套筒，螺紋套筒內壁兩側分別與第一轉換器和第二轉換器螺接的內螺紋的旋向相反。

所述第一轉換器的端部設有一個平面凹槽和該平面凹槽兩側的兩個斜面凸臺，第二轉換器的端部設有一個平面凸臺和該平面凸臺兩側的兩個斜面缺口，平面凸臺與平面凹槽、斜面缺口與斜面凸臺分別對應配合形成榫卯結構。

所述第一轉換器端部的兩個斜面凸臺的斜面為沿轉換器軸線旋轉反向對稱結構；第二轉換器上的兩斜面缺口的斜面為沿轉換器軸線旋轉反向對稱結構。

上述技術方案依據的基本原理是：（1）當縱波由一固體介質以一定的入射角向另一固體介質入射時，在交界面處會產生反射縱波和橫波以及折射縱波和橫波。當縱波垂直入射到兩種聲阻抗相差很小的介質組成的界面時，幾乎全透射，無反射。由于縱波能在固體、液體和氣體中傳播，而橫波只能在固體中傳播，因此，縱波以一定入射角從一種固體介質向另一種固體介質傳播，且另一固體介質自由界面與入射波垂直時，若兩種介質為同種材料或聲阻抗相等，則入射縱波會與透射縱波在自由界面產生的反射縱波形成縱向振動，而在兩個固體介質分界處形成的折射橫波、反射橫波以及反射縱波則形成扭轉振動。（2）當固體介質的縱向振動和扭轉振動的固有頻率不相等時，在外界激勵下只能使固體介質在一個振動方向產生共振，而另一個方向的振動處于強迫振動狀態；當兩個方向的固有頻率接近時，如果一個方向處于共振狀態，則另一個方向處于準共振狀態；如果激勵頻率處于兩個方向的固有頻率之間，則兩個方向都處于準共振狀態，可使固體介質在外界單一激勵下實現縱-扭復合振動。

本發明將第一轉換器和第二轉換器通過榫卯結構的方式軸向頂壓配合，并通過螺紋套筒固定。第一轉換器的平面端與換能器相連實現縱扭轉換，通過振幅放大的第二轉換器平面端與工具或工件相連，即可構成超聲復合加工的聲學部件。螺紋套筒內壁兩側分別與第一轉換器和第二轉換器螺接的內螺紋的旋向相反，這可以使第一轉換器和第二轉換器頂緊配合。平面凸臺與平面凹槽、斜面缺口與斜面凸臺分別對應配合形成的榫卯結構，結構特征有助于使固體介質在外界單激勵下實現縱-扭復合振動。第一轉換器端部的兩個斜面凸臺的斜面為沿轉換器軸線旋轉反向對稱結構；第二轉換器上的兩斜面缺口的斜面為沿轉換器軸線旋轉反向對稱結構，使得縱-扭復合振動均勻有規律。本發明設計合理、結構簡單，易于實現縱-扭復合振動，可應用于超聲復合加工領域，實用性強，市場前景廣闊，易于推廣應用。?

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是圖1的左視圖；

圖3是圖1的俯視圖；

圖4是本發明的分解爆炸圖。

具體實施方式