(495)510-98-15
Меню
Главная »  Методы обработки материалов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 [ 183 ] 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240

Ультразвуковые, колебательные системы1. Общая характеристика. Указанные системы предназначены для преобразования электрической энергии (от УЗГ) в акустическую и передачи ее ультразвуковому инструменту или среде, выполняющим технологические функции. В отдельных случаях колебательная система обеспечивает одновременно и преобразование УЗК, например продольных в изгибные

Колебательная система состоит из активного и пассивного элементов. Первый - преобразователь; вторым является согласующий элемент (волновод, концентратор или излучающая пластина).

В функции согласующего элемента входят трансформация амплитуд; согласование механического сопротивления внешней нагрузки (инструмента) с внутренним сопротивлением активного элемента; крепление колебательной системы в технологическом устройстве; связь колебательной системы с ультразвуковым- инструментом; создание ультразвукового поля в технологическом устройстве (например, корпусе ванны), обрабатываемом объекте (расплаве) или технологической среде (моющей жидкости).

Активный и пассивный элементы любой колебательной системы жестко соединяют между собой.

К характеристикам колебательных систем относятся следующие:

резонансная частота /р - обеспечивает наилучшее согласование собственных частот всех элементов и максимальное значение амплитуды УЗК, когда Лк ж Лшах;

добротность Q - количественная характеристика резонансных свойств, показывающая отношение значения Ак при /р к Лк при / С /р и одинаковой в обоих случаях амплитуде вынуждающей силы. Добротность характеризует затухание УЗК, т. е. уменьшение их амплитуды во времени;

механический импеданс z - отношение силы F, с которой система воздействует на среду, к колебательной скорости частиц этой среды в определенной точке. При /р значение г = zmm; при / ф fv значение z = zmaK. Соответственно при 2ШШ Ак = Атак, а при zmax Лк < Лшах.

1 Здесь рассмотрены наиболее распространенные (типовые) колебательные системы и их элементы; ниже, в соответствующих параграфах главы, приводятся данные о специфичных для соответствующих методов УЗО ультразвуковых колебательных системах.



В резонансной колебательной системе продольных и крутильных УЗК линейные размеры /р каждого ее элемента (и системы в целом) должны быть равны

пК/2,

Л 1.2----

где п - целое число.

Для каждой резонансной частоты колебательной системы характерна своя мода (форма) колебаний тела - геометрическое распределение стоячих волн.

Добротность можно определить с учетом рис. 7.10 по формуле

Q = /р/(/х - к) = Уд/.

где /г и f2 - частоты, при которых АЬ2 = Лтах/у/2; Д/ - изменение частоты колебательной системы, при которой амплитуда колебаний уменьшается , в е раз.

При использовании колебательной системы для излучения в жидкость значения добротности должны быть в пределах Q = 10-20, что обеспечивает отдачу большего количества энергии. При работе колебательной системы с концентраторами (например, при УЗАО) стремятся к высоким значениям добротности: Q = 100-=-1000. Это обеспечивает большие значения АК; концентраторы таких колебательных систем изготовляют из высокодобротных материалов, например титана (табл. 7.5).


Рис. 7.10. Определение добротности Q колебательной системы

7.5. Добротность Q некоторых материалов при /р = 20 кГц

Материал

Материал

Сталь 45

8 000

6 300

Сталь 25ХНВА

6 300

Сплав ВТ1

22 000

Сплав 49К2Ф

Сплав ВТЗ-1

21 000

Ферриты

Сплав ВТ4

16 000

Пьезокварц

20 000

Латунь Л59

13 000

Пьезокерамика

Алюминий

10 000



Колебательные системы подразделяют на системы продольных, крутильных, изгибных, радиальных и поперечных колебаний. В табл. 7.6 приведены уравнения колебаний различных видов [20].

Для продольных и крутильных колебаний стержней со свободными концами резонансные частоты определяют в явном виде:

Для радиальных колебаний дисков и стержней условие резонанса имеет вид J0 (kr) = 0. Условие резонанса для изгибных колебаний стержней с незакрепленными концами описывается формулой

а для стержней, закрепленных одним концом, - формулой ch kj cos kj = -1.

Резонансные частоты и значения k4l, определенные решениями этих уравнений, даны в табл. 7.7.

Внутренние механические напряжения ст в стержневой системе продольных колебаний оценивают выражением

где х - расстояние от свободного торца системы до заданного сечения.

При наличии изгибных колебаний кроме напряжения растяжения учитывают и напряжения сдвига, определяемые из выражений для изгибающего момента Ма и поперечной силы F:

где k - числовой коэффициент, зависящий от формы поперечного сечения; т]з - угол наклона касательной к кривой изгиба при пренебрежении сдвигом. После преобразований окончательно получаем


ch kj cos k4l = 0,


*) s,

A I

E 1

G n




1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 [ 183 ] 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240



© 2018 ООО "Стрим-Лазер": Лазерная гравировка.
Все права нотариально заверены. Копирование запрещено.