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超声波变幅杆原理及设计

发布时间:2020-10-13   点击次数:184次

超声波变幅杆是超声波振动系统中一个重要的组成部分,它在振动系统中的主要作用是把机械振动的质点位移或速度放大,并将超声能量集中在较小的面积上即聚能,因此也称超声变速杆或超声聚能器。

超声波变幅杆(超声波变幅器)顾名思义就是配合超声波换能器改变超声波振动幅度的功能组件。其主要作用是改变换能器的振幅(一般是增大)、提高振速比、提高效率,提高机械品质因数,加强耐热性,扩大适应温度范围,延长换能器的使用寿命。超声波换能器通过安装变幅杆(超声波变幅器)调整了换能器与超声波工具头之间的负载匹配,减小了谐振阻抗,使其在谐振频率工作提高了电声转换效率,有效降低了超声波换能器的发热量,提高使用寿命。

二分之一波长的纵振变幅杆有以下几种设计方案:

1.    传统解析法

2.    等效电路法

3.    替代法(机械阻抗相等法)

4.    传输矩阵法

5.    有限元法(finite element)   (我们用有限元分析软件 ansys

6.    其他方法:变幅杆设计方法还有传输线法、分段趋近法、 表观弹性法等

 

求波长的公式:λ(波长)=c(波声速)÷f(频率)

声波钢铁中的传播速度:

由公式可知 V =√(E/ρ)

式中 E 为钢铁材料的弹性常数,如对于纵波E 为它的杨氏模量,对于横波 E 为钢铁材料的切变弹性模量;
ρ 为钢铁材料的密度,一般为 7.8×10^3 kg/m^3,

可见材料性能不同,纵波与横波不同结果大不相同,各种资料上所列的声波在钢铁中的速度有以下数据:
4512, 4870, 5100, 5960 (单位:m/s)等等。

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