Ультразвуковой концентратор продольно-крутильных волн Советский патент 1985 года по МПК B06B3/00 

1 Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть испол зовано в устройствах для ультразвуковой обработки материалов, очистки деталей и усталостных испытаний. Известно- устройство с одновременным возбуждением продольно-крутильных колебаний, предназначенное для различных видов ультразвуковой обработки, содержащее ультразвуковой концентратор, выполненный со спиральными пазами lj . Однако в таком концентраторе невозможно осуществить независимое (одной частоты) возбуждение совмест ных продольных и крутильных резонансных колебаний. В связи с тем, что поперечное сечение концентратор со спиральными пазами некруглое, здесь возможно возбуждение, наприме только резонансных продольных колебаний, которым будут сопутствовать вынужденные слабые крутильные колебания. В случе же возбуждения в таком концентраторе резонансных крутильных колебаний сопутствующими бу дут вынужденные слабые продольные. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой концентратор продоль но-крутильных волн в виде тела вращения переменного сечения с диаметром, изменяющимся вдоль оси симметрии по экспоненциальному закону 2 Данный концентратор нельзя использовать для одновременного усиления продольных и крутильных волн. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей концент ратора за счет одновременного усиле ния резонансных продольных и крутил ных колебаний одинаковой частоты. Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковом концентра торе цродольно-крутильных волн в ви де тела вращения переменного сечения с диаметром, изменяющимся вдоль оси симметрии по экспоненциальному закону, его профиль имеет форму, удовлетворяющую уравнению е U-2SI J где d, диаметр поперечного сечения в точке х; диаметр минимально го поперечного сечения;45 ,2,3,...- число, определяющее форму продольнокрутильных колебаний , X - координата 1 - длина концентратора, ) - коэффициент Пуассона материала концентратора. На чертеже изображен ультразвуковой концентратор продольно-крутильных волн. Концентратор 1 торцом 2 большого поперечного сечения жестко соединяется с электромеханическим преобразователем. К узкому торцу 3 концентратора прикрепляется либо технологический инструмент, либо образец для усталостных испытаний. Резонансные колебания, возбуждаемые в системе преобразователь-концентратор-инструмент, позволяют проводить либо технологические процессы (обработку, очистку), либо усталостные испытания. Продольные колебания стержня в виде тела вращения переменного сечения, у которого текущее поперечное, сечение изменяется по закону Fj, описываются дифференциальным уравнением , F ( 1 ( + (О при К и/2 решение уравнения (1) имеет вид (A-sinfix + 6-C05/ix) Здесь значения К и Я определяются как K w4plE:... ; (3) .p л|к-к/2)...., (4) где F - площадь поперечного сечения; И - круговая частота; р - плотность материала стержня; К - модуль упругости материала стержня. Из граничных условий (-3-I О Vix/x-o и (-г-) - О определяются В и /3 и ах/х-.е уравнение (2) принимает вид . . 41 . V(V 21to е ) 1 А б 91Г1- Собственная частота продольных колебаний равна (- Крутильные колебания такого стержня описываются дифференциальным уравнением , 7 где Vl - полярный момент инерции. При Л oi решейие уравнения (7) имеет вид e e c-6;nyx+D-cosyx Здесь и J равны Я со.((и) (9 у. Так же, как и в случае продольных колебаний, находятся D и | и уравнение (8) принимает вид пЧГх п5 (tt) Uin -Чг чсов-р-| g - е Собственная частота крутильных колебаний будет равна I FrrJFP Показатель экспоненты ей определяется из условия равенства собственных частот продольных и крутильных колебаний .. eN г 54 Таким- образом, одновременное усиление и продольных и крутильных колебаний ультразвуковым концентратором в виде тела вращения переменного сечения с диаметром, изменяющимся вдоль оси симметрии по экспо- ненциальному закону, достигается в том случае, если диаметр текущего поперечного сечения определяется выражениемJ,- o-e Jo-exp( Из уравнений (5) и (tO усиление продольных колебаний равно | л . I/ I Uifi) N 2-2 а усиление крутильных колебаний равно -НГ-еИз уравнений (1Л) и (15) видно, что усиление изменяется в зависимости от формы колебаний (с ростом п усиление возрастает). Таким образом, использование предлагаемого ультразвукового концентратора дает возможность одновременно усиливать резонансные продольные и крутильные колебания одной частоты, что позволяет интенсифицировать различные технологические процессы, а также (при применении концентратора для проведения усталостных испытаний) моделировать в образцах. сложное, напряженное состояние.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНЦЕНТРАТ ПРОДОЛЬНО-КРУТИЛЬНЫХ ВОЛН в виде тела вращения переменного сечения с диаметром, изменяющимся вдоль ос симметрии по экспоненциальному закону, отличающийся тем, что, с целью расширения функционал ных возможностей за счет одновременного усиления резонансных проных колебаний одиего профиль имеет яницую уравнению диаметр поперечного сечения в точке X ; диаметр минимального поперечного сечения, числ о, опредепяющее форму продапь но-крутильных колебаний; координата; длина pнцeнтpaтopa коэффициент Пуаосона материала концентратора.