[發明專利]一種空心帶指數形過渡段的復合型超聲變幅桿的設計方法

有效

• 申請號: 201810445501.9
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108647439B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 高桂麗;王傲;李大勇;石德全
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種空心帶指數形過渡段的復合型超聲變幅桿的設計方法，屬于功率超聲變幅桿設計領域。本發明技術要點：一、計算面積系數N；二、計算圓波數k；三、計算αsubgt;2/subgt;、ksubgt;z/subgt;、大端圓柱段長度Lsubgt;1/subgt;、過渡段長度Lsubgt;2/subgt;、小端圓柱段長度Lsubgt;3/subgt;、蜿蜒指數β；四、計算位移節點xsubgt;0/subgt;；五、計算形狀因數φ；六、計算放大系數Msubgt;p/subgt;；七、確定變幅桿過渡段的形狀；八、運用模擬軟件依據步驟一至步驟七中給定的數據和計算的結果進行數值模擬，對空心帶指數形過渡段的復合型超聲變幅桿的設計進行優化。本發明適用于空心帶指數形過渡段的復合型超聲變幅桿的設計。

技術領域

本發明屬于功率超聲變幅桿設計領域，具體涉及一種空心帶指數形過渡段的復合型超聲變幅桿的設計方法。

背景技術

超聲變幅桿又稱超聲變速桿、超聲聚能器，超聲變幅桿是超聲振動系統中的重要組成部分，在超聲技術中，特別在高聲強超聲振動系統中尤為重要。

它的主要作用是把機械振動的質點位移或速度放大，或者將超聲能量集中在較小的面積上，即聚能作用。

超聲變幅桿可分為單一型和復合型，復合型變幅桿由單一型變幅桿組合而成，復合型變幅桿與單一型變幅桿相比，具有很多優點，如可以提高形狀因數、增大放大倍數，同時還可以滿足某些實際應用的特殊設計。

目前，復合型超聲變幅桿多為實心結構，并且放大系數有限，在此基礎上想獲得更高的放大系數，唯有增大端面直徑，這勢必造成徑向振動增大，反而制約了能量在小端的聚焦，進而影響功率超聲裝置的整體放大系數。

而空心變幅桿，在不需要增大變幅桿端面直徑的條件下，便可獲得更大的放大系數，此外，在某些特殊的實際應用中往往需要空心的超聲變幅桿，如空心變幅桿可以更容易的和其它設備復合使用、空心變幅桿在超聲加工中更容易實現對設備的冷卻等。

然而，空心復合型變幅桿的設計缺少相關數學模型，而且沒有完整的理論體系，為此，本發明提出了一種空心帶指數形過渡段的復合型超聲變幅桿的設計方法。

發明內容

本發明為了解決現有復合型變幅桿多為實心結構，缺少空心結構，以及實心超聲變幅桿的放大系數有限的問題，提出了一種空心帶指數形過渡段的復合型超聲變幅桿的設計方法。

一種空心帶指數形過渡段的復合型超聲變幅桿的設計方法，它是按以下步驟實現的：步驟一、變幅桿過渡段的母線形狀為指數形，兩端為等長的圓柱體結構，圓柱體的橫截面外直徑分別與指數形過渡段的大、小端面外直徑相等，變幅桿帶有圓柱形通孔，設變幅桿的大端端面外直徑為D₁，小端端面外直徑為D₂，中心孔直徑為D₀，面積系數為N，則：

給定D₁、D₂、D₀時，利用(1)式即可求出N；

步驟二、設變幅桿所用材料的楊氏模量為E，密度為ρ，超聲波在變幅桿中的傳播速度為C，變幅桿的諧振頻率為f，圓波數為k，則：