单或多端输出的纵振动方向变换体振动特性的理论及实验研究

发布时间：2019-12-01 01:07

【摘要】：功率超声作为一项绿色、清洁的技术在工业应用中具有很大的潜力。利用超声能量在媒质中传播时产生的机械、空化、热学等效应,能完成一些其它技术不能完成的工作,或者与其它技术相结合,提高和改善加工或处理的速度及质量。超声振动系统是功率超声技术的关键部分,能量在由超声纵振换能器、变幅杆和工具头组成的超声纵振系统中沿振动系统轴向方向传播。在实际应用中有些技术需要改变纵振动的传播方向,如弯曲管道内表面清洗、深加工凹面工件、超声洁牙和超声手术刀等。传统的一套超声纵振系统中,一个换能器只能连接一套变幅杆及工具头,只有一个输出端对处理对象进行处理。在超声凝聚、超声除泡、超声除尘、超声污水处理等一些应用中,需要对流体进行大功率、大面积、全方位的超声辐射时,就需要应用多套传统的超声纵振系统。针对以上问题,本文对可改变纵振动传输方向的夹角型超声纵振动变幅杆和可实现多端输出,可对多个处理对象同时进行处理的纵振动方向变换体进行了理论和实验研究。主要研究工作如下:(1)提出了夹角型超声纵振动变幅杆。变幅杆由输入杆和输出杆组成,根据自由边界条件和夹角连接处的力学耦合条件得到了求解半径、角度及长度任意变化的变幅杆谐振频率的方程。振型测试显示换能器产生的纵振动通过夹角型变幅杆可成功地传输到输出杆的端面。对变幅杆的谐振频率、放大系数、纵振动位移分布、应力分布与输出特性进行了计算及实验测试,得到了各参数与变幅杆尺寸的关系。结果显示谐振频率受变幅杆长度的影响最为明显,放大系数则与变幅杆的输入杆与输出杆的相对尺寸有关,变幅杆的各个尺寸对纵振动位移曲线的分布影响都很大,相反应力极大值点则不受尺寸影响总是位于变幅杆弯曲部分的内侧。(2)提出了多端输出的纵振动方向变换体结构,变换体由输入杆、过渡体和多个输出杆组成,且各组件位于同一平面内。利用变换体输入端与输出端的自由边界条件以及输入杆与过渡体、过渡体与输出杆连接处力、位移、力矩与转角连续条件,推导出了变换体的频率方程,实验测试显示变换体各输出端振型为纵振振型,表明纵振动经变换体实现了多端输出,并且中间输出杆的输出位移要大于两侧的输出杆,缺失中间输出杆不影响两侧输出杆的输出。(3)提出了多端等幅振动输出的纵振动方向变换体结构,通过半球形过渡体将一个输入杆与多个输出杆耦连为一体,并且多个输出杆呈立体分布,可实现一端纵振动输入多个方向上纵振动均匀输出。推导出了变换体谐振频率方程并通过实验进行了验证。对变换体输出端面振型进行测试,结果表明纵振动经过该变换体成功地传输到了三个输出端上并且幅度基本相等,实现纵振动的多端等幅输出。本文研究的夹角型超声纵振动变幅杆和多端输出的纵振动方向变换体,有望应用于实际的超声加工、处理中,以便提高工作效率,并降低工作成本。
【图文】：

超声清洗,作用过程

陕西师范大学博±学位论文逦逡逑来代替。并且由于超声对清洗的增强和清洗剂使用量的减少，清洗液的酸或碱的逡逑浓度可Ｗ在一定程度被降低，有助于减少环境污染。电子电气技术的发展使得超逡逑声清洗可Ｗ实现自动化，在洗涂一些对人体健康有危害的清洗件时可Ｗ通过远程逡逑控制避免有害物质对人体健康的损害。对吸声系数小的材料使用超声清洗可Ｗ达逡逑到较好的效果，而对于吸声系数大的材料，超声能量被材料吸收使得结果不如前逡逑者。并且超声清洗设备的噪声较大。逡逑

声场分布,超声加工

逦冲击巧力逦？分散作用！￣？去除污物Ｉ逡逑图１－１超声清洗作用过程Ｗ逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ邋ｃｌｅａｎｉｎｇ逡逑社会经济和科学技术的发展使生产技术和生产方式发生了巨大的转变和升逡逑级，超声清洗技术同样也跟着时代的步伐不停的发展和改进。超声的频率、强逡逑度、声场分布是能够对超声清洗效果产生影响的主要因素Ｗ。要达到好的清洗效逡逑果，必须对各种参数进行统筹考虑，如为解决有限的清洗空间所产生的驻波导致逡逑的声场和空化不均匀的问题，人们研究Ｔ两种方法：改变清洗槽形状扩散声波Ｗ逡逑，及使用多频激励形成不同的驻波场，两种方法都能有效改善声场均匀性。学者还逡逑设计了一种管状超声振子，区别于一般的多个换能器粘在一个不镑钢板上的超声逡逑清洗设备，该振子由级向振动换能器激发推动管子振动，效率高，寿命长，使用逡逑方便Ｐ１。针对一些孔径较小的容器，，细棒形超声福射器也被开发出来。对于半导逡逑体集成电路生产
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB55

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