Изгибные волноводы

Характеристика изгибных волноводов..........................247 [c.246]

Входное сопротивление изгибных волноводов....................254 [c.246]

Волновое сопротивление изгибного волновода..................255 [c.246]

Закрепления изгибных волноводов..............................257 [c.246]

Резонансные частоты изгибных волноводов....................264 [c.246]

Нагрузочные характеристики изгибных волноводов..........273 [c.246]

Глава 2. Построение и применение изгибных волноводов....................276 [c.246]

Экспериментальное исследование изгибных волноводов..........283 [c.246]

Характе >истика изгибных волноводов [c.247]

Б ряде случаев это существенно. Так, например, если входное сопротивление нагрузки изменяется, то при возбуждении ее через изгибный волновод (достаточно большой волновой длины) изменение сопротивления на его входе оказывается меньше, чем на входе нагрузки. В результате величина необходимой подстройки преобразователя оказывается меньше, чем в случае возбуждения нагрузки без промежуточного звена — изгибного волновода. [c.248]

Так как волновое сопротивление изгибного волновода зависит от скорости распространения волны, то практические возможности выбора величины этого сопротивления больше, чем для волноводов продольных колебаний, у которых эта величина определяется только их материалом и площадью поперечного сечения. Выбором величины волнового сопротивления и длины изгибного волновода можно легко осуществить необходимую (из условий отбора мощности от преобразователя) трансформацию сопротивления нагрузки, связанной с концом волновода, в его начало. Существенной особенностью применения изгибных волноводов в сочетании с волноводами продольных колебаний является возможность построения разнообразных рациональных схем ультразвукового оборудования. При применении продольных колебаний обычное расположение основных узлов — это прямая линия преобразователь — волновод — излучатель — объект обработки. В ряде случаев такое расположение оказывается неудобным. Например, нельзя магнитострикционный преобразователь, помещенный в охлаждаемый водой бак, располагать над кристаллизатором с расплавленным металлом (если необходима ультразвуковая обработка расплава сверху, через его зеркало). Горизонтально расположенный изгибный волновод, возбуждаемый на одном своем конце продольными колебаниями, создаваемыми преобразователем, дает возможность расположить этот преобразователь рядом с кристаллизатором. Второй конец волновода ока- [c.248]

Та же задача может быть решена более эффективно с помощью четырех волноводов продольных колебаний с рабочими инструментами на концах, связанных другими своими концами с изгибным волноводом в его пучностях. Такой изгибный волновод, возбуждаемый преобразователем, является звеном, распределяющим энергию колебаний. [c.249]

В случае необходимости изгибные волноводы позволяют решить и обратную задачу сложение мощностей нескольких преобразователей, возбуждающих этот волновод в местах, где расположены пучности его колебаний. Возбуждение изгибных волноводов и передача изгибных колебаний волноводам продольных колебаний является преобразованием одного вида колебаний в другое. Необходимость в таком преобразовании очень часто возникает для решения практических задач. Достаточно указать на ультразвуковые сварочные станки, в которых применяются изгибные волноводы и продольные колебания преобразуются в изгибные. Но, как правило, технические решения преобразования в этих станках неудовлетворительные и к.п.д. их низок. Одной из причин такого положения следует считать недостаточное понимание при решении этой проблемы специфики работы изгибных волноводов и отсутствие принципов их расчета, [c.249]

Рис. 2. Поперечное сечение изгибного волновода (ось Ъ перпендикулярна плоскости колебаний)

Как показывает анализ [3], в наиболее характерном случав закрепленного на одном конце и свободного на другом изгибного волновода. [c.250]

Влияние инерции вращения сказывается также на уменьшении амплитуды колебаний. Для снижения влияния инерции вращения необходимо так выбирать размеры изгибного волновода, чтобы было соблюдено условие [c.251]

Для эффективной работы изгибного волновода необходимо обеспечить максимальную однородность типа колебаний (изгибных). Известно, что получить чисто изгибные колебания невозможно этому мешают возникающие в объеме волновода силы, действующие в различных направлениях. В частности, могут дополнительно возникнуть сдвиговые и продольные колебания. В результате энергия изгибных колебаний уменьшается. Чтобы обеспечить в достаточной степени только один вид (изгибных) коле- [c.252]

Наличие внутреннего трения в материале изгибных волноводов приводит к необратимому рассеянию колебательной мощности и снижению эффективности волноводных систем. Кроме того, наличие активной составляющей сопротивления вызывает изменение формы колебаний и значений собственных резонансных частот. Так как мы рассматриваем установившийся режим гармонических колебаний, то учет влияния внутреннего трения на изгибные колебания можно упростить и сделать удобным для практических расчетов. Для этой цели, отвлекаясь от существа физической природы этих потерь, а следовательно, от принятия той или иной модели упруго-вязкого тела, введем величину эквивалентного сопротивления потерь Л, считая, как это обычно принято в акустике,что сила Рп, затрачиваемая на преодоление этого сопротивления, пропорциональна первой степени колебательной скорости [2]. [c.253]

Входное сопротивление изгибного волновода представляет собой реакцию приложенной к волноводу в рассматриваемом его сечении перерезывающей (нормальной) силе или изгибающему моменту. Соответственно можно определить две составляющие входных импедансов. [c.254]

Волновое сопротивление изгибного волновода [c.255]

Закрепления изгибных волноводов — это устройства, предназначенные для присоединения волноводов к поддерживающим конструкциям или для создания заданных граничных условий, определяющих колебательный режим. Закрепления могут быть промежуточными и оконечными первые располагаются между концами волновода, а вторые— на его концах, свободных от нагрузок или прилагаемых сил (возбуждения). Промежуточные закрепления не должны вносить заметных потерь и нарушать колебательный режим волноводов. Конструкции закреплений, удовлетворяющих первому требованию, рассматриваются нами в дальнейшем для обеспечения второго условия закрепления необходимо располагать в узлах колебаний. [c.257]

Рпс. 3. Виды закреплений изгибных волноводов [c.257]

Оконечные закрепления одновременно могут выполнять функции поддерживающих (крепящих) конструкций. Закрепления изгибных волноводов бывают следующих видов (рис. 3) [c.257]

Условимся называть элементарным изгибным волноводом однородный волновод, один конец которого (нри X 0) возбуждается гармонической силой F = sin (oi, нормально приложенной к боковой новерхности волновода, а второй его конец (при х —I) нагружен на некоторое, также нормально приложенное механическое сопротивление Zh. Найдем граничные условия для элементарного волновода. При х = О приложенная сила должна уравновешиваться поперечной силой реакции. Кроме того, в плоскости приложения силы изгибаюш,ий момент равен нулю. Поэтому при [c.258]

Пользуясь этой таблицей и аналитическими выражениями для граничных условий, составим общую таблицу граничных условий изгибных волноводов, учитывающую виды закрепления и нагружения (табл. 2). Такая таблица является ключом для определения коэффициентов формы колебаний в различных вариантах построения элементарных волноводов. [c.258]

Рис. 4. Нагруженный изгибный волновод

Примем обозначение обобщенного импеданса ZмF или М Р). Обозначение ZмF содержит составляющие обобщенного импеданса ZF—импе дане для перерезывающей силы Z — импеданс для изгибающего момента. Импедансы ZF и Zм не могут алгебраически или геометрически суммироваться, так как характер их реакций различен и размерности разные. В свою очередь, ZF и Zм могут быть комплексными в том смысле, что они представлены различными нагрузками (инерционными, упругими, активными или их сочетаниями). В ультразвуковых изгибных волноводах реальные нагрузки представлены импедансом ZF, однако при анализе и расчетах составных волноводов имеется также составляющая Zм, которую необходимо учитывать. [c.259]

Таблица 2 Граничные условия изгибных волноводов

Таким образом определены все постоянные коэффициенты выражения (6) применительно к изгибному волноводу, возбуждаемому на одном конце гармонической силой и нагруженному на другом сопротивлением Zн. Выражение для входного сопротивления может быть легко найдено. [c.260]

На основании табл. 1 и 2 можно определить коэффициенты формы колебаний однородных изгибных волноводов и получить выражения, описывающие форму колебаний, т. е. закон изменения амплитуды смещения вдоль волновода. [c.261]

Резонансные частоты изгибных волноводов могут быть определены различными методами. Остановимся на двух из них. [c.264]

Резонансные частоты изгибного. волновода, нагруженного на реактивное сопротивление [c.265]

Метод определения резонансных частот, использующий выражение для реактивной составляющей входного сопротивления, оказывается особенно удобным в случае составных систем. Известно, что собственные частоты любой линейной системы не зависят от места приложения возбуждающей силы. Поэтому для определения резонансных частот изгибного волновода можно составить бесконечное множество выражений для Zp и Zм, реактивная часть которых может быть приравнена нулю для получения частотного уравнения. Однако процесс определения выражений для входных сопротивлений в местах, расположенных между концами волновода, является относительно сложным и приводит к громоздким формулам. Поэтому, как правило, следует определять входные импедансы на том конце, к которому приложены возбуждающая сила или изгибающий момент. Можно определять входные импедансы и для свободного конца, так как к последнему можно приложить колебательную силу или изгибающий момент. При этом если приложить силу, то ф О, Т. е. С4 о, Схф 0 следовательно, Zp = — имеет [c.266]

Практический интерес представляет случай, когда нагрузка на волновод является активной и приложена в одной из пучностей изгибного волновода. Физически такая нагрузка соответствует трению или комплексной нагрузке, настроенной в резонанс, когда сказываются только активные потери. С достаточной для практики точностью (пренебрегая потерями в волноводе) резонансные частоты для этого случая определяются так, как если бы данный волновод не был нагружен. [c.266]

В табл. 5 приведены значения р = Ы для некоторых вариантов оконечных закреплений изгибных волноводов без нагрузок. Учитывая сказанное, данные таблицы можно использовать и в тех случаях, когда волновод возбуждается в пучности (или на свободном конце) и имеет чисто активную нагрузку, приложенную в пучности (или на свободном конце). [c.266]

Рис. 5. Различные варианты места приложения силы Р, возбуждающей изгибный волновод

Остановимся на условиях резонансного возбуждения изгибного волновода в зависимости от места приложения возбуждающей силы. [c.267]

Как было сказано выше, собственные частоты изгибного волновода не зависят от места приложения возбуждающей силы Р. Однако оптимальный резонансный режим волновода может быть реализован только при условии, что поперечная возбуждающая сила резонансной частоты приложена (рис. 5) на концах волновода (позиции /, V) или в пучности (например, позиция II). Действительно, для позиций I ш V реактивные составляющие входных сопротивлений равны нулю, т. е. условия резонансного возбуждения удовлетворяются. В любой пучности можно считать, что стыкуются два резонансных отрезка левый и правый 1 , т. е. вход каждого из этих отрезков является их концами, для которых, так же как для [c.267]

Как это было сказано ранее, закрепления изгибных волноводов могут быть промежуточными и оконечными, причем первые из них располагаются в узловых плоскостях и поэтому не влияют на режим колебаний вторые — создают требуемые граничные условия, определяющие собственные [c.269]

Анализ работы изгибных волноводов и создание удобных инженерных приемов их расчета мы основываем на использовании обобщенных выражений для входных сопротивлений нагрунгенного на конце изгибного волновода. Это позволяет сравнительно,просто определить собственные резонансные частоты простых и составных волноводов при различных вариантах их нагружения и закрепления. [c.249]

На основании полученных выражений с обобщенными коэффициентами, описывающих закон распределения колебательных амплитуд, можно найти плоскости, где расположены узлы и пучности. Метод входных сопротивлений, весьма плодотворный при анализе и расчете волноводов продольных колебаний [2] применительно к изгибным волноводам, з лож-няется двумя обстоятельствами. Первое из них заключается в том, что для изгибных волноводов следует учитывать два вида входных сопротивлений сопротивление для перерезывающей силы и сопротивление для изгибающего момента обязанных двум видам смещений элемента волновода (вертикальное перемещение и поворот плоскостей поперечного сечения). Вюрое обстоятельство связано с большей (чем для продольных колебаний) сложностью волнового уравнения, в результате чего приходится оперировать с четырьмя постоянными интегрирования. [c.249]

Указанный сложный характер смещений в изгибном волноводе требует рассмотрения двух видов узловых плоскостей прогибной и поворотной. В первом случае смещение плоскости поперечного сечения по направлению нормали к оси равно нулю, а во втором нулю равен угол поворота плоскости. Это обстоятельство должно учитываться при выборе способов крепления изгибных волноводов и присоединения их к волноводам продольных колебаний. Пренебрежение этими особенностями является одной пз причин неудовлетворительной работы колебательных систем ультразвуковых сварочных станков. Очень существенно получить возможность плавно регулировать резонансную частоту изгибного волновода. Собственная частота волноводов продольных колебаний может быть плавно изменена только в небольших пределах с помощью регулировки величины упругости присоединяемой к волноводу специальной нагрузки (например, упругого диска, связанного концентрически с волноводом). Подстройка же изгибного волновода может быть осуществлена изменением местоположения опоры без присоединения вспомогательной регулируемой нагрузки. Введение такого подстраиваемого изгибного волновода в качестве промежуточного звена в волноводную систему продольных колебаний позволит осуществить плавную подстройку этой системы. Плавная подстройка в процессе работы ультразвукового оборудования (т. е. без ее выключения) особенно важна, когда обрабатываются объекты с изменяющимися во времени физическими параметрами или размерами. [c.250]

Если изгибный волновод возбуждается гармонической силой" частотой со о, то полное дифференциальное уравнение, описывающее установившийся колебательный процесс с учетом инерции вращения, но при пренебре- [c.250]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...