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变幅杆类型的选择
来源: | 发布日期:2022-12-05

变幅杆的类型是根据超声实际应用条件来选择的,例如超声磨料冲击加工、超声焊接、超声金属成形、超声粉碎等高声强超声处理应用中,变幅杆主要起振幅放大和聚能的作用,在这些应用中,要求变幅杆的放大系数04 尽可能大,然后再根据应用的不同需要选择其他参数。


当变幅杆的负载变化很小,又不用施加静压力时,如超声乳化、超声破碎粒子或细胞等,这种情况对输入阻抗特性要求不高,釆用简单阶梯形变幅杆最为适合,因为在相同面积系数下其放大系数04 最大,并且变幅杆外形非常容易实现机械加工。


当负载是固体时,如超声磨料冲击加工、超声焊接等,在加工过程中需要始终施加一定的静压力,而且负载也不断地发生变化,这种情况对变幅杆的要求不但要有足够大的放大系数, 而且要有较高的工作稳定性和足够的弯曲劲度。用指数形变幅杆、悬链线形变幅杆或其他形式的复合形变幅杆比较适合。当不要求很大的放大系数时,最好采用圆锥形变幅杆,因为其弯曲劲度较大,工作稳定性高,而且外形便于机械加工。


在某些特殊应用场合,需要变幅杆末端的振动速度很大,单凭一节变幅杆很难达到放大系数04 和形状因数同时满足要求,可以采用两节变幅杆串接而成。例如可用具有放大系数04 大的有过渡阶段的阶梯形变幅杆作为推动节,推动具有形状因数大的高斯形变幅杆作为末级输出,可以收到相辅相成的效果。


在超声清洗和大面积超声搪锡等应用中,利用变幅杆的阻抗匹配作用,常用到倒锥形复合变幅杆。由上述讨论可以得出以下几点。



① 当面积系数N相同时,阶梯形变幅杆的振幅(位移和速度)和放大系数(M=N2)最大。以下依次排列为悬链线形变幅杆、指数形变幅杆、圆锥形变幅杆,如图5-15所示。


② 在设计变幅杆时,除要求尽可能大的放大系数外,还需要根据超声应用的不同工作场合,选择变幅杆的输入阻抗特性。如图5-16所示为几种变幅杆输入阻抗随频率偏移的变化特性。


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① 在高强超声应用中,要求在变幅杆输出端得到大的振动速度。但变幅杆的最大振动速度除了受材料的疲劳强度限制外,还和变幅杆形状有关。因此在设计变幅杆时,不但要有满足需要的放大系数04而且要选择形状因数 大的变幅杆。表5-12列出了面积系数N=3.25时,几种变幅杆的形状因数


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从表5-12可知,圆锥形变幅杆的形状因数 最大。



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