Патент на изобретение №2355481

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ В КРУТИЛЬНЫЕ

(57) Реферат:

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в ультразвуковых установках технологического назначения, в первую очередь в установках для ультразвуковой сварки металлов и ультразвуковой разборки. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности преобразования. Устройство представляет собой крутильно колеблющийся инструмент, жестко соединенный с двумя стержневыми колебательными системами, из которых, по крайней мере, одна является источником упругих колебаний, например, магнитострикционным или составным пьезоэлектрическим преобразователем. Оси колебательных систем лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси инструмента, и образуют между собой угол, величина которого лежит в пределах (0; ). 2 ил.

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в ультразвуковых установках технологического назначения: для ультразвуковой разборки конструкций, а также для ультразвуковой сварки металлов.

Известны устройства, в которых на выходной ступени продольно колеблющегося концентратора имеются постепенно углубляющиеся спиралевидные канавки [1]. Такая неоднородность поперечного сечения приводит к возникновению крутильной составляющей колебаний. Недостатком такой системы является наличие значительной паразитной продольной составляющей колебаний выходного торца.

Известна колебательная система, принятая в качестве прототипа, в которой к крутильно колеблющемуся инструменту симметрично присоединяются от двух до четырех излучателей продольных колебаний, причем оси этих излучателей лежат в одной плоскости и скрещиваются с осью крутильно колеблющегося инструмента [2]. Однако эффективность таких систем, определяемая как ,

где _m и R – амплитуда крутильных колебаний и радиус инструмента соответственно, а u_m – амплитуда продольных колебаний излучателя, невелика.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение эффективности преобразования продольных колебаний в крутильные.

Это достигается тем, что в устройстве для преобразования продольных колебаний в крутильные, содержащем крутильно колеблющийся инструмент, жестко соединенный с двумя стержневыми колебательными системами, оси которых лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси инструмента, при этом, по крайней мере, одна из колебательных систем является источником ультразвуковых колебаний, согласно изобретению оси колебательных систем и ось инструмента пересекаются в одной точке, а угол между осями колебательных систем лежит в пределах (0; ).

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства, а на фиг.2 приведена схема, поясняющая работу устройства.

На фиг.1 и 2 приняты следующие обозначения:

– угол между осями стержневых колебательных систем,

М – переменный крутящий момент относительно оси инструмента,

О – точка пересечения осей колебательных систем и инструмента.

Стрелками показаны:

а и г – продольные механические колебания,

б и в – изгибные механические колебания.

Устройство для преобразования продольных колебаний в крутильные содержит инструмент 1, в котором возбуждаются крутильные колебания, жестко соединенный с двумя стержневыми колебательными системами 2 и 3, например, составных пьезоэлектрических преобразователей, с инструментом 1. Оси 4 и 5 колебательных систем 2 и 3 соответственно лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси 6 инструмента 1. При этом, по крайней мере, одна из колебательных систем является источником продольных механических колебаний, например, магнитострикционным или составным пьезокерамическим преобразователем. Согласно изобретению оси 4 и 5 колебательных систем 2 и 3 соответственно и ось 6 инструмента 1 пересекаются в одной точке О, а угол между осями 4 и 5 колебательных систем 2 и 3 соответственно лежит в пределах (0; ).

Устройство работает следующим образом.

При подаче на преобразователь 2 переменного электрического напряжения в нем возбуждаются продольные механические колебания а. Посредством жесткой связи инструмента 1 в преобразователе 3 возбуждаются изгибные колебания б. Благодаря наличию моментного импеданса преобразователя 3 и жесткому соединению его с инструментом 1 на последний передается переменный крутящий момент М, который вызывает его крутильные колебания. Полученный переменный крутящий момент обусловливает возбуждение изгибных колебаний в преобразователе 2, которые, в свою очередь, вызывают появление продольных колебаний г в преобразователе 2. В преобразователях 2 и 3 возбуждаются продольные и изгибные колебания, поляризованные в плоскости рисунка, а в инструменте 1 – крутильные колебания вокруг оси 6, перпендикулярной этой плоскости.

Крутильные колебания инструмента возбуждаются изгибными колебаниями стержневых преобразователей, а не продольными, как в прототипе, поэтому они могут быть при соответствующем подборе резонансных размеров существенно выше амплитуд, достигаемых в прототипе.

Максимального значения крутящий момент достигается при резонансе системы, как и в любой ультразвуковой колебательной системе. В этом случае амплитуда крутильных колебаний инструмента ограничивается только потерями в нем и эффективностью преобразования продольных колебаний стержневых преобразователей в изгибные.

Таким образом, предлагаемое устройство, благодаря использованию двух колебательных систем, оси которых лежат в одной плоскости и пересекаются под углом, значение которого лежит в пределах (0; ), позволяет получить в инструменте крутильные колебания.

Источники информации

1. Авторское свидетельство 1124423, кл. 42s 21 а² 8, Устройство для превращения акустических продольных колебаний в сдвиговые или крутильные. 6 марта 1959.

2. Глизбург И.Л., Краснов И.И. и др. Оборудование для ультразвуковой сварки: Применение ультразвука в технологии машиностроения / Труды Всес. н.-т. конф. по применению ультразвука в промышленности ЦИНТИ электротехнической промышленности и приборостроения. М., 1961, с.111-120. (прототип)

Формула изобретения

Устройство для преобразования продольных колебаний в крутильные, содержащее крутильно-колеблющийся инструмент, жестко соединенный с двумя стержневыми колебательными системами, оси которых лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси инструмента, и при этом, по крайней мере, одна является источником упругих колебаний, отличающееся тем, что оси колебательных систем и ось инструмента пересекаются в одной точке, а угол между осями колебательных систем лежит в пределах (0; ).

РИСУНКИ