КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 1997 года по МПК B06B3/00 

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в ультразвуковых установках технологического, контрольного и измерительного назначения, когда нагрузка на преобразователь пренебрежимо мала.

Известны колебательные системы состоящие из электромеханического преобразователя и инструмента, в которых увеличение амплитуды колебаний осуществляется за счет трансформации волнового сопротивления инструмента. Максимальные амплитуды колебаний, которые получают при использовании таких систем, составляют 12 и 10 мкм при частоте возбуждения 22 кГц [1]
Наиболее близким аналогом изобретения является колебательная система, состоящая из электромеханического преобразователя и инструмента, соединенных при помощи короткого тонкого стержня, которая возбуждается на частоте, далекой от собственных частот как преобразователя, так и инструмента [2] Амплитуда колебаний этой системы достигается 20 мкм при частоте возбуждения 22 кГц. Однако амплитуда колебаний такой системы в значительной степени увеличивается за счет трансформации волнового сопротивления инструмента.

Техническим результатам от использования изобретения является повышение амплитуды колебаний системы без использования трансформатора.

Это достигается тем, что эквивалентная масса и упругость соединительного элемента не превышает 0,01 соответственно эквивалентных масс и упругостей преобразователя и инструмента и колебательная система возбуждается на частоте, превыщающей собственную частоту инструмента на 0,001-1% При этом длина преобразователя равна половине волны на частоте возбуждения, а соединительный элемент связан с инструментом и/или электромеханическим преобразователем резьбовым соединением, причем электромеханический преобразователь и инструмент не имеют непосредственного акустического контакта, а акустический контакт между ними и соединительным элементом осуществлен только по контактирующим ниткам резьбы.

На фиг. 1 показана колебательная система и графики распределения амплитуд смещения и распределения силы вдоль оси колебательной системы; на фиг. 2 показано резьбовое соединение преобразователя и инструмента, когда акустический контакт между ними осуществляется только по ниткам резьбы.

Колебательная система состоит из электромеханического преобразователя 1, инструмента 2 и соединительного элемента 3, который в соответствии с вышесказанным может быть представлен в виде пружины, упругость которой превышает 0,01 эквивалентных упругостей преобразователя и инструмента. Частота возбуждения системы превышает на 0,001-1% собственную частоту инструмента. При этих условиях амплитуда колебаний системы повышается в несколько раз по сравнению с такой же системой, когда преобразователь и инструмент соединяется непосредственно "встык" при идентичном возбуждении.

Устройство работает следующим образом. Преобразователь 1 возбуждается на частоте, которая на 0,001-1% превышает собственную частоту инструмента. Через соединительный элемент 3 колебания передаются инструменту 2, амплитуда колебаний увеличивается за счет малой эквивалентной упругости соединительного элемента 3.

Максимальная амплитуда колебаний системы без применения трансформаторов достигается тогда, когда преобразователь имеет резонансный размер, т.е. его длина равна половине длины волны на частоте возбуждения системы.

При резьбовом соединении преобразователя и инструмента указанные условия наилучшим образом реализуются тогда, когда акустический контакт между ними осуществляется только по контактирующим ниткам резьбы, а акустический контакт через торцевые поверхности преобразователя и инструмента отсутствует. Пример такого соединения показан на фиг. 2. Акустический контакт между преобразователем 1 и инструментом 2 осуществляется только по контактирующим ниткам резьбы хвостовика 3, который является соединительным элементом, и резьбового отверстия преобразователя.

Использование: в ультразвуковых установках технологического, контрольного и измерительного назначения. Сущность изобретения: колебательная система состоит из соединенных посредством соединительного элемента электромеханического преобразователя и инструмента; эквивалентные масса и упругость соединительного элемента не превышают 0,01 соответственно эквивалентных масс и упругостей преобразователя и инструмента; частота возбуждения преышает собственную частоту инструмента на 0,001 - 1%. Длина преобразователя равна половине длины волны на частоте возбуждения. При резьбовом соединении соединительного элемента с инструментом и преобразователем акустический контакт преобразователя и инструмента осуществляется только по контактирующим ниткам резьбы, а акустический контакт через торцевые поверхности отсутствует. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Колебательная система, содержащая электромеханический преобразователь и инструмент, связанные между собой соединительным элементом, отличающаяся тем, что эквивалентные масса и упругость соединительного элемента не превышает 0,01 соответственно эквивалентных масс и упругостей преобразователя и инструмента, а частота возбуждения колебательной системы на 0,001 1% превышает собственную частоту инструмента. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что длина преобразователя равна половине длины волны на частоте возбуждения. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что соединительный элемент связан с инструментом и/или электромеханическим преобразователем резьбовым соединением, причем электромеханический преобразователь и инструмент не имеют непосредственного акустического контакта, а акустический контакт между ними и соединительным элементом осуществлен только по контактирующим ниткам резьбы.