УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ В КРУТИЛЬНЫЕ
FACILITY FOR TRANSFORMATION OF LONGITUDINAL OSCILLATIONS INTO TORSION

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 ,
m
m
где φ и R - амплитуда крутильных колебаний и радиус инструмента соответственно, а u - 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; π).
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:
α - 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 α между осями 4 и 5 колебательных систем 2 и 3 соответственно лежит в пределах (0; π).
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; π), позволяет получить в инструменте крутильные колебания.
Источники информации
2
1. Авторское свидетельство №1124423, кл. 42s 21 а 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)