清洗两个盘类零件条件下的超声波声场分布规律研究
发布时间：2020-12-10 10:46
超声清洗在清洗质量、时效、环保等方面具有明显优势,应用日益广泛。但在批量清洗大件盘形工件时,由于零件之间相互遮挡导致零件被遮挡面声场强度达不到清洗要求,清洗质量差,而关于批量清洗大件零件声场分布的研究成果鲜见。在设计超声清洗方案时,根据零件的结构特点,合理布置换能器和工件,保证所有被清洗表面的声场强度,才能形成符合清洗所需的声场。因而提前预测声场分布成为关键。为此,本文采用数值模拟、实验分析和数值分析等方法对多个超声振子辐射声场叠加和置入工件对声场分布的影响的问题展开研究。首先,基于COMSOL Multiphysics对单个换能器辐射声场进行分析,在此基础上研究双换能器在不同的布置角度、不同声源偏距以及多换能器辐射声场叠加的叠加规律,得到声场叠加规律的回归模型。然后,对通过仿真分析得出声场叠加回归模型进行实验验证,基于实验测得单换能器声场分布和双换能器在相向布置和垂直布置的叠加声场分布,分析叠加声场回归值与实验值之间的误差,得到声场叠加回归模型的误差分布,验证模型的有效性。再次,通过单因素实验法研究两个盘形工件遮挡对声场分布的影响,分析工件正向、侧向放置时相互遮挡面在不同工件半径R、...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声清洗
燕山大学工学硕士学位论文-2-a)超声清洗机b)振板c)换能器图1-1超声清洗设备及其组成超声波清洗需要根据清洗对象合理选择清洗液种类，选择清洗温度、超声波场强与频率、清洗时间等工艺参数[11]。由于工件对超声波传播有阻隔作用，从而影响清洗槽内的场强分布，当零件尺寸较小时，由于声波绕过零件继续往原来方向传播，所以对场强分布影响较校但大件零件对声波传播遮挡比较严重，被遮挡位置的场强较弱，使得声场强度达不到清洗要求[12]，在大型零件的相互被遮挡的表面或半封闭结构，如内腔和孔洞等内表面清洗质量较差或根本清洗不到。这表明清洗槽内的超声波场强分布与清洗质量有密切关系,即由于声影区的存在而导致被遮挡的表面处超声场强较弱，从而造成清洗质量不佳。这说明场强分布不合理是产生这一现象的根本原因，为此，如何使遮挡区域的声强达到清洗要求的强度是解决这个问题的关键。在设计超声清洗方案时，要根据零件的结构特点，合理布置换能器并合理布置工件的位置，才能形成符合清洗所需的声常要达到这一要求，需要提前预测声场的分布。目前相关理论或研究成果未见，在实际设计中，一般是依据经验，通过反复试验以满足清洗工艺要求。预测声场分布涉及两个问题，其中一个问题，超声清洗中通常利用多个换能器，通过多个换能器的组合叠加，获得较高声场强度以满足清洗要求，确保清洗效果。换能器辐射声场之间相互叠加，需要对其叠加规律进行研究；另一个问题，声场中放入工件后，工件怎样影响原来的声场分布，尤其在工件表面声场强度如何改变，声场变化规律是有待研究的问题。研究清楚这两个问题是预测声场分布的前提，本文将对以上两个问题进行研究分析。
燕山大学工学硕士学位论文-12-402599326038图3-2压电换能器尺寸对换能器进行模态分析，提取换能器28k附近6阶固有频率和振型，见表3-1和图3-3。表3-1压电换能器模固有频率固有频率振动模态固有频率振动模态23615弯曲31016弯曲28011拉伸34331弯曲29569弯曲35091扭转a)23165Hzb)28011Hzc)29569Hzd)31016Hze)34331Hzf)35091Hz图3-3超声换能器的不同固有频率下的振型由换能器模态分析可知，只有在固有频率为28011Hz时，其振型为纵向拉伸，且其附近2阶固有频率为23165Hz和29569Hz，距离28kHz较远，与设计要求吻合。
【参考文献】：
期刊论文
[1]空调超声波清洗器的研制与应用[J]. 张嘉文,赵晓辰. 中国医学装备. 2019(08)
[2]超声换能器表面振动和声场测量及其与经典超声换能器的仿真比较[J]. 孙彦招,张涛. 声学技术. 2018(05)
[3]基于多物理场耦合的夹心式压电换能器优化设计[J]. 付勇,陈晔,张伟民. 轻工机械. 2018(05)
[4]超声波辅助清洗并绿色养护黄芪的研究[J]. 李芳蓉. 中央民族大学学报(自然科学版). 2018(03)
[5]浅析超声波清洗技术在发射机维护中的应用[J]. 田军. 科技展望. 2016(13)
[6]超声清洗机在清洗精密特殊器械的应用[J]. 刘健萍,高旭红. 中国冶金工业医学杂志. 2016(02)
[7]超声波清洗技术工艺研究[J]. 刘宏,王赫. 科技资讯. 2015(30)
[8]真空超声波清洗技术对手术室腔镜器械的清洗消毒应用探讨[J]. 凌丽娟,邓小凌,陈晓玲. 黑龙江医学. 2016(03)
[9]超声清洗过程环境压力对声空化效应的影响[J]. 吴强,姚澄,朱昌平,韩庆邦. 应用声学. 2015(05)
[10]多酶超声清洗在硬式内镜器械中的应用[J]. 邓远兰,练冬兰,茹瑞芝,何秀花,黄艺贤,秦秀秀. 护理实践与研究. 2015(09)
硕士论文
[1]超声波声场置入盘类零件场强分布规律的实验研究[D]. 王雨.燕山大学 2018
[2]超声波清洗场强分布规律研究[D]. 郭好明.燕山大学 2018
[3]PVDF水听器的研究[D]. 张玲丽.哈尔滨工程大学 2015
[4]超声清洗影响因素与空化场研究[D]. 张明超.陕西师范大学 2013
[5]夹心式压电超声换能器设计及其振动性能研究[D]. 梁松.东北大学 2011
本文编号：2908566
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超声清洗
燕山大学工学硕士学位论文-2-a)超声清洗机b)振板c)换能器图1-1超声清洗设备及其组成超声波清洗需要根据清洗对象合理选择清洗液种类，选择清洗温度、超声波场强与频率、清洗时间等工艺参数[11]。由于工件对超声波传播有阻隔作用，从而影响清洗槽内的场强分布，当零件尺寸较小时，由于声波绕过零件继续往原来方向传播，所以对场强分布影响较校但大件零件对声波传播遮挡比较严重，被遮挡位置的场强较弱，使得声场强度达不到清洗要求[12]，在大型零件的相互被遮挡的表面或半封闭结构，如内腔和孔洞等内表面清洗质量较差或根本清洗不到。这表明清洗槽内的超声波场强分布与清洗质量有密切关系,即由于声影区的存在而导致被遮挡的表面处超声场强较弱，从而造成清洗质量不佳。这说明场强分布不合理是产生这一现象的根本原因，为此，如何使遮挡区域的声强达到清洗要求的强度是解决这个问题的关键。在设计超声清洗方案时，要根据零件的结构特点，合理布置换能器并合理布置工件的位置，才能形成符合清洗所需的声常要达到这一要求，需要提前预测声场的分布。目前相关理论或研究成果未见，在实际设计中，一般是依据经验，通过反复试验以满足清洗工艺要求。预测声场分布涉及两个问题，其中一个问题，超声清洗中通常利用多个换能器，通过多个换能器的组合叠加，获得较高声场强度以满足清洗要求，确保清洗效果。换能器辐射声场之间相互叠加，需要对其叠加规律进行研究；另一个问题，声场中放入工件后，工件怎样影响原来的声场分布，尤其在工件表面声场强度如何改变，声场变化规律是有待研究的问题。研究清楚这两个问题是预测声场分布的前提，本文将对以上两个问题进行研究分析。
燕山大学工学硕士学位论文-12-402599326038图3-2压电换能器尺寸对换能器进行模态分析，提取换能器28k附近6阶固有频率和振型，见表3-1和图3-3。表3-1压电换能器模固有频率固有频率振动模态固有频率振动模态23615弯曲31016弯曲28011拉伸34331弯曲29569弯曲35091扭转a)23165Hzb)28011Hzc)29569Hzd)31016Hze)34331Hzf)35091Hz图3-3超声换能器的不同固有频率下的振型由换能器模态分析可知，只有在固有频率为28011Hz时，其振型为纵向拉伸，且其附近2阶固有频率为23165Hz和29569Hz，距离28kHz较远，与设计要求吻合。
【参考文献】：
期刊论文
[1]空调超声波清洗器的研制与应用[J]. 张嘉文,赵晓辰. 中国医学装备. 2019(08)
[2]超声换能器表面振动和声场测量及其与经典超声换能器的仿真比较[J]. 孙彦招,张涛. 声学技术. 2018(05)
[3]基于多物理场耦合的夹心式压电换能器优化设计[J]. 付勇,陈晔,张伟民. 轻工机械. 2018(05)
[4]超声波辅助清洗并绿色养护黄芪的研究[J]. 李芳蓉. 中央民族大学学报(自然科学版). 2018(03)
[5]浅析超声波清洗技术在发射机维护中的应用[J]. 田军. 科技展望. 2016(13)
[6]超声清洗机在清洗精密特殊器械的应用[J]. 刘健萍,高旭红. 中国冶金工业医学杂志. 2016(02)
[7]超声波清洗技术工艺研究[J]. 刘宏,王赫. 科技资讯. 2015(30)
[8]真空超声波清洗技术对手术室腔镜器械的清洗消毒应用探讨[J]. 凌丽娟,邓小凌,陈晓玲. 黑龙江医学. 2016(03)
[9]超声清洗过程环境压力对声空化效应的影响[J]. 吴强,姚澄,朱昌平,韩庆邦. 应用声学. 2015(05)
[10]多酶超声清洗在硬式内镜器械中的应用[J]. 邓远兰,练冬兰,茹瑞芝,何秀花,黄艺贤,秦秀秀. 护理实践与研究. 2015(09)
硕士论文
[1]超声波声场置入盘类零件场强分布规律的实验研究[D]. 王雨.燕山大学 2018
[2]超声波清洗场强分布规律研究[D]. 郭好明.燕山大学 2018
[3]PVDF水听器的研究[D]. 张玲丽.哈尔滨工程大学 2015
[4]超声清洗影响因素与空化场研究[D]. 张明超.陕西师范大学 2013
[5]夹心式压电超声换能器设计及其振动性能研究[D]. 梁松.东北大学 2011
本文编号：2908566
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