旋转超声加工振动装置

摘要

本发明公开了旋转超声加工振动装置，包括框架、旋转变压器、换能器、变幅杆和工具头。所述变幅杆包括上端部分、变截面部分和下端部分，所述变截面部分的形状根据公式计算。所述换能器包括前金属盖板、后金属盖板以及偶数个共轴连接形成压电陶瓷晶堆的压电陶瓷圆环，相邻两个压电陶瓷圆环极化方向相反。根据实际需要设定换能器的共振频率后通过公式得到换能器的几何尺寸。所述换能器还包括外壳、设于外壳上表面的上端盖、设于外壳下表面的下端盖和固定法兰，所述上端盖包括固定柱，所述变幅杆向上延伸至换能器的内部，且变幅杆与固定柱之间通过连接件、上弹簧和下弹簧连接。本发明可使所述旋转超声加工振动装置获得较高的振幅。

主权项

旋转超声加工振动装置，其特征在于，包括框架、旋转变压器、换能器、变幅杆和工具头；所述换能器上方的两侧设置旋转变压器，所述变幅杆包括上端部分、变截面部分和下端部分，所述上端部分直接连接换能器的底面，所述下端部分直接连接工具头，所述变截面的形状根据下列公式计算：其中，P(x)为变幅杆的横截面面积函数，k为圆波数，D(x)为轮廓半径函数，D₀为上端部分的半径，P₀为上端部分与变截面部分连接处的横截面面积，P₁为下端部分与变截面部分连接处的横截面面积，下端部分的长度根据下列公式计算：所述换能器包括前金属盖板、后金属盖板以及厚度方向极化的压电陶瓷圆环，偶数个所述压电陶瓷圆环共轴连接形成压电陶瓷晶堆，压电陶瓷晶堆中相邻两个压电陶瓷圆环极化方向相反；根据实际需要设定换能器的共振频率后通过下列公式得到换能器的几何尺寸：(1)所述换能器的等效电路图，虚线将整个电路划分为三个部分，分别为前盖板等效电路、后盖板等效电路和压电陶瓷晶堆等效电路，其中，Z_bL和Z_fL分别是换能器后、前两端的负载阻抗，根据实际需要设定；(2)所述换能器的振动频率方程为$Z_i=\frac{Z_m}{N^2+{\mathrm{j\omega PC}}_{or}{Z}_m},$前金属盖板输入机械阻抗为后金属盖板输入机械阻抗为换能器的机械阻抗为其中，Z_f＝ρ₂c₂S₂，k₂＝ω/c₂，c₂是前金属盖板中的声速，ρ₂、E₂、σ₂分别是前金属盖板的密度、杨氏模量和泊松系数，l₂和S₂是前金属盖板的厚度和横截面的面积；(3)由于换能器的负载很难确定，因此通常把换能器看成空载，即Z_bL＝Z_fL＝0，若忽略机械损耗和介电损耗，换能器的共振频率方程为|Z_i|＝0；若考虑机械损耗，输入电阻抗为最小时，换能器的共振频率方程为|Z_i|＝|Z_i|_min，通过换能器的振动频率方程计算得到换能器的具体尺寸；(4)由于换能器的负载很难确定，因此通常把换能器看成空载，即Z_bL＝Z_fL＝0，当输入电阻抗为无效大时，忽略损耗，换能器的反共振频率方程为|Z_i|＝∞；当输入电阻抗为无效大时，考虑损耗，换能器的反共振频率方程为|Z_i|＝|Z_i|_max，通过换能器的振动频率方程计算得到换能器的具体尺寸；所述换能器还包括外壳、设于外壳上表面的上端盖、设于外壳下表面的下端盖和固定法兰，所述外壳固定所述压电陶瓷圆环、前金属盖板和后金属盖板，所述上端盖包括固定柱，所述固定柱设于上端盖的中心轴位置并向上延伸至旋转变压器内，且向下延伸至上端盖的下方，所述变幅杆向上延伸至换能器的内部，且变幅杆与固定柱之间设有连接件、上弹簧和下弹簧，所述上弹簧的上端连接固定柱的下端，所述上弹簧的下端连接连接件，所述下弹簧的上端连接连接件，所述下弹簧的下端连接变幅杆。