中间有圆柱孔的换能器与变幅杆.pdf

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1993年 第 l4卷 第3期 太 原 机 械 学 院 学 报 Vo1.14 No-3 1993 (总第43期) JOURNALOFTAIYUANINSTITUTEOFMACHINERY o『- 中间有圆柱孔的换能器和变幅杆 张云电 王 纯 喻家英 摘 要 中问有圃柱孔的换能器和变幅杆是超声波振动珩磨装置的关键零部 件.奉文根据作者的研究实践,提出了在珩磨头可旋转的立式超声波振动珩磨装 置 中采用 中问有圃柱孔 的换能器和变幅杆的设计思想,探讨 了中间有 圃柱孔 的 换能器和变幅杆的设计理论及声学特性,并且成功地应用于立式超声波振动珩 磨装置 ,使得珩磨油石在机床主轴不停止转动的持况下能够胀开 ,立式超声波振 动珩磨装置具有实用价值. 关键词 超声波}换能器}变幅机构;珩磨I装配(机械) 0 引 言 在设计珩磨头可旋转的立式超声波振动珩磨装置时,为了使珩磨油石在机床主轴不 停止转动 (不停机)的情况下能够胀开,需要将换能器、变幅杆设计和制造成中间具有圆柱 孔的形式,使得加压顶杆从中穿过,通过胀苍轴、顶销使得珩磨油石给工件孔壁施加一定 的压力.舀此,中间有 目柱孔的换毹器和变幅杆是立式超声渡振动珩磨装置的关键零部 伴 换能器和变幅杆中间有了圆柱孔之后,其结构设计理论、声学特性和联接螺栓强度问 题 尚未解决,国0t~3C献未见报导 为了研制珩磨头可旋转的立式超声波振动珩磨装置 , 保证其工作可靠性,早 日应用于生产,我们对中 及声学特性问题进行了深入的研究 l 中间有圆柱孔的换能器 目前,国内使用的超声换能器主要有压电换能器和镍片磁致伸缩换能器两种形式.作 者在 1989年研制成功的卧式超声波振动珩磨装置使用的换能器为镍片磁致伸缩换能 器嘲.者将锦片磁致伸缩换能器应用于珩磨头可旋转的立式超声波振动珩磨装置时,存在 下述缺点: 电声转换效率低,—般只有 30 左右; 体积大} ·车籍于 1993年 3月 1e日收到. 252 太 原 机 械 学 院 学 报 l003年第3期 c.需要循环水冷却} d.立式超声波振动珩磨装置在旋转工作状态时,为了使珩磨油石在机床主轴不停止 转动的情况下能够胀开,需要在换能器和变幅杆的中心钻—遁孔 并在其中穿过一个加压 钢质顶杆.对于镍片磁致伸缩换能器来说,容易产生磁涡流,并且冷却水将会通过孔壁泄 漏. 因此,立式超声波振动珩磨装置不能使用中间有圆柱孔的镍片磁致伸缩换能器. 由于夹芯式压电换能器没有上述缺点,因此,我们采用了夫芯式压电换能器. 超声波发生器输出的电能,加在夹芯式压电换能器两端,使其在对应的方向上受压或 受拉,产生机械振动发出超声波. 为了实现在机床主轴不停止转动的情况下使珩磨油石能够胀开,在不影响联接螺栓 强度的前提下,可以根据输入换能器的电功率、电声转换效率、珩磨压力的大小、加压顶杆 的刚度等因素在夹芯式压电换能器的中心钻一个一定直径的圆柱通孔,制成中间有圆柱 孔的夹芯式压电换能器. 1.1 压电材料 压电材料是压电换能器的研制、应用的关键技术问题之一.压 电材料主要有压电石英 晶体、压电陶瓷、压电高聚物和压电复合材料等. 压电陶瓷具有抗压强度大、硬度高的物理性质,能够臆加或承受很大应力.从化学性 质看,它具有 “惰性”,对潮湿和其它大气条件的影响不敏感,这要比—般人造晶体好得多. 压电陶瓷与绝缘陶瓷制法类似,工艺制作方便,容易做成所需要的形状和大小,且可以自 由选择其极化方向.因此,我们选择了锫钛酸铅压电陶瓷作为压电材料. 1 . 2 夹巷式压电换能器 夹芯式压电换能器的结构如图l所示,两金属块之间夹有压电陶瓷片,用螺钉或其它 方式(例如涨力壳夹紧机构)夹紧.为了便于高压绝 缘,采用了两压电片按极方向并联的结构.中闻电极 片可 以用薄电极,也可以用厚 电极,视散热要求而 定. 我们将夹芯式压电换能器的位移节点位置设置 在电极的中心位置 两边长度都是相等的;均为四分 之一波长,即f+ o—zo+ = 4(A为波长),则 夹芯式压电换能器的频率方程啪为 .

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