可實(shí)現(xiàn)一端輸入多端輸出的縱振動(dòng)變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超聲波縱振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可實(shí)現(xiàn)一端輸入多端 輸出的縱振動(dòng)變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲縱振動(dòng)系統(tǒng)包括超聲換能器、變幅桿及工具頭，傳統(tǒng)的一套超聲縱振動(dòng)系統(tǒng) 中，一個(gè)換能器只能連接一套變幅桿及工具頭，因而也只能有一個(gè)輸出端對(duì)處理對(duì)象進(jìn)行 處理，再則，如超聲凝聚、超聲除泡、超聲除塵等一些應(yīng)用中，需要對(duì)流體進(jìn)行大功率大面 積、全方位地超聲輻射應(yīng)用時(shí)，需要應(yīng)用多套傳統(tǒng)的超聲縱振動(dòng)系統(tǒng)，使得工作效率難以保 證，而且能耗較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)所存在不足，本發(fā)明提供了一種可實(shí)現(xiàn)一端輸入、多端輸出達(dá) 到多個(gè)輸出端對(duì)多個(gè)處理對(duì)象同時(shí)進(jìn)行處理以提高工作效率的縱振動(dòng)變換器。
[0004] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：該縱振動(dòng)變換器是由依次連接的輸入 桿、變換體以及輸出桿組成，所述變換體與輸出桿相對(duì)的一端面呈平面或半球面結(jié)構(gòu)，在其 外表面設(shè)置的輸出桿是至少3個(gè)，各輸出桿在同一圓周上平均分布且其中心軸交點(diǎn)分布在 輸入桿的中心軸上；
[0005] 上述輸入桿的端面處滿足：縱向力為零的自由邊界條件；輸出桿的端面處滿足： 縱向力、橫向力和力矩為零的自由邊界條件；在輸入桿與變換體連接處滿足：縱位移、縱向 力連續(xù)，變換體與各輸出桿連接處的位移和轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)連續(xù)，并且變換體輸出端的縱向力對(duì) 應(yīng)為各輸出桿的縱向力、橫向力之和。
[0006] 上述各個(gè)輸出桿的直徑、長(zhǎng)度相等。
[0007] 上述變換體的結(jié)構(gòu)是半球體，使得各個(gè)輸出桿上的縱振動(dòng)分布均勻。
[0008] 上述輸入桿的長(zhǎng)度I1與各輸出桿的長(zhǎng)度1 3以及變換體沿縱振動(dòng)傳遞方向上的線 度12之和滿足：li+l2+l3< λ，λ為該縱振動(dòng)變換器的縱振動(dòng)頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。
[0009] 上述輸入桿的直徑、輸出桿的直徑以及變換體沿垂直于縱振動(dòng)傳遞方向上的線度 均小于該縱振動(dòng)變換器的縱振動(dòng)頻率所對(duì)應(yīng)的四分之一波長(zhǎng)。
[0010] 本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)一端輸入多端輸出的縱振動(dòng)變換器，其是通過(guò)變換體將一個(gè)輸入 桿與多個(gè)輸出桿耦連為一體，并且多個(gè)輸出桿在變換體的輸出端面空間上均勻分布，可實(shí) 現(xiàn)一端縱振動(dòng)輸入多個(gè)方向上縱振動(dòng)輸出，可以達(dá)到多個(gè)輸出端同時(shí)作用于處理對(duì)象的目 的，實(shí)現(xiàn)大面積對(duì)流體進(jìn)行超聲輻射的應(yīng)用，提高超聲處理效率，節(jié)省生產(chǎn)成本，此外，本發(fā) 明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，更換拆裝方便，還可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用靈活選擇輸出桿的個(gè)數(shù)及方向，適于 大范圍推廣應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為縱振動(dòng)變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但是本發(fā)明不僅限于 下述的實(shí)施情形。
[0013] 實(shí)施例1
[0014] 由圖1可知，本實(shí)施例的可實(shí)現(xiàn)一端輸入多端輸出的縱振動(dòng)變換器是由輸入桿1、 變換體2以及輸出桿3連接構(gòu)成。
[0015] 其中，輸入桿1與變換體2連接，本實(shí)施例的變換體2是一個(gè)半球體結(jié)構(gòu)，其球面 的半徑r2= 20mm，平面端與輸入桿1連接，在球面端上用螺紋方式連接有3個(gè)輸出桿3,分 別為第一輸出桿、第二輸出桿、第三輸出桿，3個(gè)輸出桿3在同一個(gè)圓周上均勾分布，且相互 之間形成120°的夾角，第一輸出桿、第二輸出桿、第三輸出桿的中心軸交點(diǎn)分布在輸入桿 1的中心軸上且其中心軸與輸入桿1的中心軸之間形成的夾角Θ為45°。
[0016] 設(shè)定三個(gè)自然坐標(biāo)系，其分別沿著輸入桿1、變換體2與第一輸出桿、第二輸出桿、 第三輸出桿的軸線方向，以變換體2與各輸出桿3的中心軸連接點(diǎn)為原點(diǎn)，設(shè)定輸入桿1的 長(zhǎng)度為I1，直徑為A，變換體2沿縱振動(dòng)傳遞方向上的線度為I2，即I2= r 2，第一輸出桿、第 二輸出桿以及第三輸出桿的長(zhǎng)度均為1；?，半徑均為r3。
[0017] 上述輸入桿1的端面處滿足：縱向力為零的自由邊界條件；輸出桿3的端面處滿 足：縱向力、橫向力和力矩為零的自由邊界條件；在輸入桿1與變換體2連接處滿足：縱位 移、縱向力連續(xù)，變換體2與各輸出桿3連接處的位移和轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)連續(xù)，并且變換體2輸出 端的縱向力對(duì)應(yīng)為各輸出桿3的縱向力、橫向力之和。
[0018] Ft 1-(/1+λ, = 〇 (1)
[0019] Fi U/, = 0 (2)
[0020] Ff Iv^ = O (3)
[0021] Μ|λ^ = 0 (4)
[0022] Fi |Λ=/; = 0 (S)
[0023] 廠,U,.' = 〇 (6)
[0024] M I^t = 0 (7)：
[0025] F1 |r=/：=0 (8)
[0026] 巧|崎二〇 (9)
[0027] M (1(0
[0028] If- ,, θ')
[0029] U-,s (12)
[0030] ε 2|χ =。= ε 3|x = 〇cos Θ+q3|x = 〇sin Θ (13)
[0031] ε 2|χ =。= ε 4|x = 〇cos Θ+q4|x = 〇sin θ (14)
[0032] ε 2|χ =。= ε 5|x = 〇cos θ+q5|x = 〇sin θ (15)
[0033] F12Ix =。= F 13|χ = Ocos θ+Ff3|x = 0sin θ+F14Ix = Ocos θ+Ff4Ix = 0sin θ+F15Ix = 〇cos θ +Ff5|x = 0sin θ (16)
[0034] - ε 3|x = 0sin θ+q3|x = 〇cos θ = 〇 (17)
[0035] - ε 4|x = 0sin θ+q4|x = 〇c〇s θ =〇 (18)
[0036] - ε 5|x = 0sin θ+q5|x = 〇cos θ =〇 (19)
[0037] Φ3|χ = 0= 0 (20)
[0038] Φ4|χ = 0= 0 (21)
[0039] Φ5|χ = 0= 0 (22)
[0040] 其中，ε為輸入桿1的縱向位移，m ; ε 2為變換體2的縱向位移，m ;
[0041] ε 3、ε 4、ε 5分別第一輸出桿、第二輸出桿、第三輸出桿的縱向位移，m ;
[0042] η 3、rIzp rU分別為第一輸出桿、第二輸出桿、第三輸出桿的橫向位移，m ;
[0043] F11為輸入桿1所受的縱向力，N ;F 12為變換體2所受的縱向力，N ;
[0044] F13、F14、F15分別為第一輸出桿、第二輸出桿、第三輸出桿所受的縱向力，N ;
[0045] Ff3、Ff4、Ff5分別為中第一輸出桿、第二輸出桿、第三輸出桿所受的橫向力，N ;
[0046] Φ3、Φζρ Φ5分別為第一輸出桿、第二輸出桿、第三輸出桿以各自的中心軸為基準(zhǔn) 的轉(zhuǎn)角；
[0047] M3、MzpM5分別為第一輸出桿、第二輸出桿、第三輸出桿所受的力矩，N · m ;
[0048] 本實(shí)施例以輸入桿1、變換體2以及各輸出桿3均選用45#鋼材料，其楊氏模量E =Sl.eXK^N/m2,密度P = 7800kg/m3為例，其他各部件的