Изгибные волноводы изгибных колебаний)

К широкополосным устройствам относятся также волноводные системы, содержащие в качестве промежуточного волновод изгибных колебаний. Такая система рассмотрена в части V. [c.231]

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ВОЛНОВОДЫ ИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИЙ [c.245]

Составные (сложные) волноводы изгибных колебаний..........270 [c.246]

В устройствах технологического использования ультразвука преимущественное применение имеют волноводы продольных колебаний. Положительными свойствами этих волноводов являются простота конструкции, простота и удобство возбуждения и отбора колебательной энергии. В то же время эти волноводные устройства ограничивают возможные конструктивные решения ультразвукового технологического оборудования и в ряде случаев не могут удовлетворять заданным габаритам всего агрегата. Использование волноводов изгибных колебаний и их сочетаний с волноводами продольных колебаний значительно расширяет возможности рационального построения оборудования и, кроме того, может обеспечить эффективные решения ряда задач, связанных с введением колебаний в обрабатываемые объекты. [c.247]

Изгибные колебания давно известны и хорошо изучены теория и инженерные приложения этого вопроса получили широкое развитие. Однако частная область — распространение установившихся вынужденных гармонических колебаний по специальным конструкциям — волноводам, предназначенным для эффективной канализации энергии, до сих нор не затрагивалась. Объясняется это тем, что почти все случаи прикладного рассмотрения изгибных колебаний относились к задачам, в которых эти колебания были нежелательны и возникали в разнообразных конструкциях, предназначенных для различных целей, совершенно не связанных с задачей передачи колебательной энергии. Таким образом, применительно к функциям, выполняемым волноводами изгибных колебаний в ультразвуковом диапазоне, инженерная теория и использование этих волноводов нуждаются в специальном систематизированном рассмотрении и развитии. С другой стороны, углубленное рассмотрение этих задач должно привести к установлению оптимальных соотношений, что, несомненно, будет способствовать более широкому распространению этого нового тина акустических волноводов. [c.247]

Рис. 1. Деформация элемента волновода изгибных колебаний

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)

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]

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]

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]

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]

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]

Составные (сложные) волноводы изгибных колебаний [c.270]

Составными волноводами изгибных колебаний будем называть волноводы, состоящие из двух или нескольких волноводов. Таким образом, два связанных друг с другом волновода различной длины и с различными значениями жесткости на изгиб являются составной системой, независимо от [c.270]

Если изгибный волновод 1 присоединен к волноводу продольных колебаний 2 (рис. 8), то последний создает на волновод 1 нагрузку типа Zp, и поэтому рассматриваемый изгибный волновод является одиночным . [c.270]

Если изгибные волноводы возбуждаются в начале или в плоскости, где располагаются пучности смещения, определение формы колебаний проиЗ водится так, как это было указано выше. Однако возможен случай, когда возбуждающая сила приложена в плоскости, не совпадающей с пучностью, т. е. находящейся на произвольном расстоянии а от конца волновода. Такой вариант возникает, когда нагрузка на конце волновода изменила свою величину, в результате чего положение пучности сместилось. Может оказаться существенным оценить указанное влияние изменения нагрузки. В табл. 3 приведены решения для двух случаев волновод, опертый на концах, и волновод, защемленный на одном конце. [c.272]

Изгибные волноводы можно возбудить как продольными, так и изгибными колебаниями. Первый случай осуществляется присоединением волновода продольных колебании перпендикулярно к изгибному. Во втором случае возбуждающий изгибный волновод стыкуется своим торцом с торцом возбуждаемого волновода. [c.276]

Для уменьшения паразитных продольных колебаний в изгибном волноводе / вдоль его размера Ь необходимо, чтобы [c.276]

Рис. 10. Присоединение волновода продольных колебаний к изгибному волноводу

Нагрузками изгибных волноводов являются волноводы изгибных или продольных колебаний, несущие, в свою очередь, рабочие нагрузки. Кроме того, изгибные волноводы могут быть непосредственно (или, точнее, через короткие отрезки волноводов продольных колебаний) связаны с излучателями. Способы присоединения нагрузок аналогичны рассмотренным выше способам связи продольных волноводов с изгибными. Соответственно условия, приведенные выше, остаются справедливыми и в этих случаях. Места присоединения нагрузок определяются конструктивными [c.278]

На рис. И, а приведена схема присоединения нагрузки при передаче колебаний со сдвигом оси, вдоль которой распространяются продольные колебания, и с изменением направления при сохранении плоскости передачи. Под плоскостью передачи имеется в виду плоскость, проходящая через продольные оси волноводов. Здесь основная роль принадлежит изгибному волноводу 2 как звену передачи колебательной энергии. Направление передачи в излучатель 4, связанный с волноводом 3, изменилось на противоположное. Необходимость в такой схеме передачи может возникнуть в тех случаях, когда местные условия или вертикальные габариты всего оборудования не разрешают применить вытянутое в одну линию расположение системы преобразователь — волновод — излучатель. Например, может оказаться неудобным располагать водоохлаждаемый преобразователь излучающим торцом вниз над обрабатываемой средой (как при [c.278]

Для суммирования мощности возможно и более сложное расположение преобразователей. На рис. 14 показана схема введения колебаний в излучатель 1 четырьмя преобразователями 2, возбуждающими два соединенных под прямым углом изгибных волновода 3 ж 4. Концы этих волноводов связаны с преобразователями через концентраторы 6. Изгибные [c.280]

Чем больше отношение линейных размеров излучающей поверхности к длине продольной и изгибной (в излучателе) волн, тем больше нарушается однородность его колебаний. В результате возникают дополнительные потери в самом излучателе и снижается эффективность излучения. Применяя изгибные волноводы, можно путем разделения излучаемой мощности построить излучатель в жидкую среду выше критических размеров, т. е. больше тех размеров, при которых нарушается однородность колебаний. [c.281]

В этих же опытах устанавливались условия и возможности распределения энергии между несколькими волноводами продольных колебаний. Для этого к изгибному волноводу, возбуждаемому в одной из своих пучностей, присоединялись три настроенных волновода продольных колебаний в других пучностях. На входе волновода амплитуда смещения была около 12 мк, а на открытых концах продольных волноводов — от 9 до 10 мк. Для исследования величины активных потерь в изгибных волноводах измерялось (припаянной к волноводу термопарой) приращение температуры в точке на волноводе за известный промежуток времени. Если считать, что в начальный период работы (в течение первых 2—3 минут), когда температура волновода еще не очень велика, тепловым излучением можно пренебречь, расчет величины потерь, переходящих в тепло, не представляет труда. Таким способом для того же волновода из железа Армко, для которого, как указывалось выше, определялась величина входного сопротивления, была получена величина потерь около 1000 вт при частоте возбуждения 18 кгц и амплитуде колебаний в месте ввода продольных возбуждающих) колебаний 6,5 мк. Если — величина активных потерь, то из выражения [c.285]

Габариты изделия, которое можно сварить, определяются и вылетом сварочного наконечника относительно корпуса машины. Этот размер зависит в основном от длины концентратора. Так, например, при частоте 22 7,5% кгц длина волны продольных колебаний равна примерно 250 мм. Построение колебательных систем с длиной волновода продольных колебаний, равной 2—Зк, вполне приемлемо. Таким образом ЗХ =750 мм. Существо другого решения заключается в следующем. Обычно ножевые концентраторы, применяемые в механических колебательных системах, симметричны относительно своей продольной оси (рис. 22, а). Закон изменения площади поперечного сечения по его длине обусловлен типом применяемого концентратора. По условиям ввода энергии в стержень, работающий в режиме изгибных колебаний, рационально точку ввода энергии разместить возможно ближе к сварочному наконечнику— в первую пучность или узел колебательного смещения. Однако это из-за симметричности концентратора существенно сокращает рабочую зону сварочного наконечника. [c.43]

Часть V, в какой-то степени примыкающая к части IV, содержит теорию и расчет волноводов изгибных колебаний, предложенных автором для решения некоторых задач, связанных с канализацие ультразвуковых колебаний высокой интенсивности. Несмотря на то, что в части V изложен главным образом теоретический аспект вопроса и предложенные схемы и конструкции нельзя считать полностью апробированными в экспериментальных и практических условиях, мы все же сочли возможным включить этот материал, интересный не только новизной, но и перспективностью для решения специальных вопросов канализации мощных ультразвуковых колебаний. [c.5]

Волноводы изгибных колебаний (называемые нами для краткости из-гибными волноводами) представляют собой стержни с той или иной формой поперечного сечения и предназначаются для передачи вынужденных гармонических упругих колебаний от их источника к нагрузке в установившемся резонансном режиме. Отсюда следует, что интересующие нас [c.247]

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]

На рис. 10, в показан другой вариант свободного присоединения с применением отражающего продольного звена. Это дополнительный продольный волновод III длиной Я/2, связанный с возбуждаюпщм волноводом II стяжными болтами 1, нроходяпщми через узловые флянцы 2 ж 8. Таким образом, прижатие осуществляется механической связью волноводов II и III. Под термином свободное присоединение в рассмотренных нами вариантах имеется в виду, что присоединяемый к изгибному волноводу торец насадки допускает определенную свободу взаимного перемещения контактных поверхностей, тогда как в случаях жесткого присоединения волноводы свариваются или припаиваются по всей контактной поверхности. Преимуществом свободного соединения является возможность разъединения продольного и изгибного волноводов для замены в случае необходимости одного из них. Примером применения такого соединения может служить возбуждение изгибных колебаний в расплавляющемся электроде печи электрошлакового переплава. Тогда для замены израсходованного электрода применялось свободное соединение. Такая конструкция была осуществлена нами (совместно с Ю. С. Руденко) и показала хорошие результаты. Место присоединения возбуждающего продольного волновода определяется конструктивными условиями и особенностями построения всей колебательной системы, а также необходимостью возбуждения в местах, где расположены пучности смещения. [c.277]

Применение волноводов изгибных колебаний в сочетании с продольными волноводами дает возможность складывать колебательные мопщо-сти или разделять (распределять) их между объектами обработки. Необходимость сложения мош ностей упругих колебаний возникает в том случае, когда существуют какие-либо ограничения в получении заданной мощности от одного преобразователя. Известно, что с увеличением мощности преобразователей их геометрические размеры также растут и, следовательно, понижается предельное значение частоты генерируемых ими колебаний. С другой стороны, существуют некоторые предельные [c.279]

В опоре). Такая опора может быть жестко присоединена к изгибному волноводу 1 при соблюдении условий (81) и (82), накладываемых на размеры пожа 4. Опорный волновод продольных колебаний в своей узловой плоскости имеет фланец 3, жестко связанный с опорной конструкцией 5. Так как волновод 2, закрепленный в своей узловой плоскости, ведет себя как отражающая четвертьволновая опора, то его присоединение к изгибному волноводу в месте, где %т = max, не нарушает колебательный режим последнего. На расстоянии xq, ф = О и жесткое закрепление с опертым волноводом также не вносит торможения. Такое крепление удобно при вертикальном расположении изгибного волновода, так как благодаря жесткой связи с волноводом 2 возможно обеспечить неподвижность колебательной системы. Чтобы опорный волновод работал эффективно, необходимо свести потери на внутреннее трение в нем к минимуму. В качестве материала для опорного волновода можно рекомендовать, например, алюминий и его сплавы. [c.283]

На этих же волноводах исследовалось влияние присоединенных к ним нагрузок на колебательный режим. В качестве нагрузок с известным входным (активным) сопротивлением применялись поглощающие конические волноводы продольных колебаний [10] из различных материалов алюминия, меди и железа Армко, присоединявшиеся к исследуемому изгибному волноводу. При помощи нагрузочных сопротивлений можно было также с некоторой погрешностью определить величину входного сопротивления волновода при его резонансном режиме. Проиьводилось это следующим образом волновод нагружался на известное активное сопротивление и в месте, где возбуждался изгибный волновод, измерялась амплитуда смещения Если величина входного сопротивления ненагруженного [c.284]

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ВОЛНОВОДЫ ИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИЙ 245 И. и. Теумин [c.379]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...