Концентраторы механических колебаний
Концентраторы - обеспечивают передачу сформированных колебаний от пьезоэлектрических преобразователей к инструментам и ввод колебаний в обрабатываемые технологические среды. Концентраторы являются механическими трансформаторами скоростей или смещений и представляют собой стержни переменного сечения, в которых плотность энергии колебаний распределена неравномерно по длине.На малом выходном сечении скорость понижается, следовательно, амплитуда смещения получается значительно больше, чем на большом входном сечении стержня.
В зависимости от формы образующей концентратора и отношения размеров его входного и выходного сечений коэффициент усиления принимает различные значения.
Под коэффициентом усиления понимают отношение амплитудного значения колебаний на выходе к ее значению на входе. Таким образом, коэффициент трансформации скорости
К=Vl/V0,
где Vl- скорость на выходе, V0- на входе концентратора.
Концентраторы разделяются по форме образующей на конусные, экспоненциальные, катеноидальные, ступенчатые и ампульные (рисунок 2.13).
Применяют также сложные составные концентраторы. На рисунке 2.13 показаны зависимости распределения амплитуды ξ и внутренних механических напряжений σвн по длине концентраторов.
а) – конусный; б) – экспоненциальный; в) – катеноидальный; г) – ступенчатый; д) – ампульно-ступенчатый
Рисунок 2.13 – Форма распределения колебаний ζ и механических напряжений σ ультразвуковых концентраторов
- конические концентраторы дают минимальный из всех концентраторов коэффициент трансформации, но они просты в изготовлении и расчете, надежны в эксплуатации;
- экспоненциальные и катеноидальные концентраторы обеспечивают больший коэффициент трансформации, являются хорошими трансформаторами механических сопротивлений и могут выдержать значительные механические напряжения в течение длительного времени. Недостаток их заключается в сложности изготовления;
- ступенчатые концентраторы дают максимальный из всех концентраторов коэффициент трансформации на холостом ходу и при малых нагрузках, просты в расчете и изготовлении. Однако большие амплитуды колебаний вызывают и максимальные механические напряжения. Чтобы они не привели к разрушению концентратора, ограничивают максимальную амплитуду на его выходном торце;
- ампульные концентраторы имеют почти постоянное по длине механическое напряжение и могут быть использованы при работе с наибольшими амплитудами смещения. Недостаток их заключается в сложности изготовления.
