[發明專利]面向軟磁鐵氧體磁芯去毛刺的超聲波振動系統的設計方法

有效

• 申請號: 201410199781.1
• 申請日: 2014-05-13
• 公開（公告）號: CN103934187A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 唐廷浩;鄭慧峰
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: B06B1/04
• 分類號: B06B1/04
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本發明涉及一種超聲波振子的設計方法，尤其是一種應用于針對軟磁鐵氧體超聲波去毛毛刺的超聲波振子設計方法。

背景技術

目前，我國軟磁鐵氧體磁芯的產量已經躍居世界第一，但是產品質量亟待提高。磁芯表面的毛刺會影響軟磁鐵氧體磁芯的高頻磁導率，同時也會對磁芯的裝配性能產生影響。現階段，控制磁芯表面毛刺的方法主要有：噴涂有機涂料、手工打磨、車削法等。但是這些方法都存在不同程度的局限性，首先，噴涂法本質上未去除磁芯表面的毛刺，只是將其隱藏到涂料之下；其次，手工打磨法雖然能夠去除各種形狀磁芯的毛刺，但是加工速度過慢而且質量難以穩定；最后，車削法雖然能夠快速的去除軟磁鐵氧體磁芯表面的毛刺，但是只能用于圓柱形的磁芯，對磁芯形狀的適應性不好。因此有必要使用新方法來去除軟磁鐵氧體磁芯表面的毛刺。

????超聲波加工已經被廣泛應用于精密加工中，其核心部件是超聲波振子(超聲波換能器和超聲波變幅桿)。首先，超聲波換能器將超聲波電源產生的電激勵信號轉化為超聲波機械振動，然后通過超聲波變幅桿將超聲波振動放大到一定的幅度，滿足具體加工的需要。超聲波的振幅過大時可能會導致磁芯發生斷裂，過小則難以去除毛刺。目前超聲波振子的設計方比較完善，但是針對軟磁鐵氧體去毛刺加工過程的超聲波振子設計缺乏必要的設計方法。

發明內容

針對軟磁鐵氧體超聲波去毛刺中無超聲波變振子的方法的問題，本發明提供了一種面向軟磁鐵氧體磁芯去毛刺的超聲波振動系統的設計方法，包括如下步驟：

首先，將軟磁鐵氧體磁芯表面毛刺簡化為懸臂梁模型，并采用力電類比的方法得到懸臂梁在電路中的阻抗；

其次，采用力電類比的方法將超聲振子簡化成電路；

最后，將超聲波振子和軟磁鐵氧體磁芯表面毛刺二者的力電類比電路串聯得到整個超聲波振動系統的力電類比電路；

????根據懸臂梁失效條件，計算出超聲波振動系統末端所需要的振幅，將末端需要的振動幅度除以換能器所能提供的振幅得到超聲波振動系統的放大倍數；

對超聲波振動系統的力電類比電路的復阻抗進行計算；首先利用超聲波位移節點位置的振速為0的特點結合超聲波變幅桿和換能器的界面，將超聲波振子分成4段，再次利用各部分的復阻抗的虛部為0的電路諧振條件和變幅桿的放大倍數，結合所選用的變幅桿和換能器形狀得到超聲波換能器和超聲波變幅桿的尺寸要求，最終得到超聲波符合超聲波振動系統頻率要求的超聲波換能器和超聲波變幅桿，兩者通過螺紋連接在一起，得到超聲波振子。

進一步的，所述變幅桿類型為階梯形變幅桿或指數形變幅桿。

進一步的，所述超聲波換能器采用郎之萬結構。

本發明不僅考慮了毛刺對超聲波振動系統振幅的影響，而且利用諧振電路中電路復阻抗虛部為0的特點，計算并優化了超聲振子的諧振頻率，確保振子的諧振頻率在設計頻段范圍內。

附圖說明

圖1?是超聲波振子結構示意圖；

圖2?是變截面桿的力電類比模型；

圖3?是壓電陶瓷晶堆的力電類比模型；

圖4是圓柱形輻射端連接階梯形變幅桿結構示意圖；

圖5是超聲波振子的力電類比模型；

圖6是楔形輻射端連接指數形變幅桿的示意圖。