【摘要】：功率超聲作為一項(xiàng)綠色、清潔的技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中具有很大的潛力。利用超聲能量在媒質(zhì)中傳播時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械、空化、熱學(xué)等效應(yīng),能完成一些其它技術(shù)不能完成的工作,或者與其它技術(shù)相結(jié)合,提高和改善加工或處理的速度及質(zhì)量。超聲振動(dòng)系統(tǒng)是功率超聲技術(shù)的關(guān)鍵部分,能量在由超聲縱振換能器、變幅桿和工具頭組成的超聲縱振系統(tǒng)中沿振動(dòng)系統(tǒng)軸向方向傳播。在實(shí)際應(yīng)用中有些技術(shù)需要改變縱振動(dòng)的傳播方向,如彎曲管道內(nèi)表面清洗、深加工凹面工件、超聲潔牙和超聲手術(shù)刀等。傳統(tǒng)的一套超聲縱振系統(tǒng)中,一個(gè)換能器只能連接一套變幅桿及工具頭,只有一個(gè)輸出端對(duì)處理對(duì)象進(jìn)行處理。在超聲凝聚、超聲除泡、超聲除塵、超聲污水處理等一些應(yīng)用中,需要對(duì)流體進(jìn)行大功率、大面積、全方位的超聲輻射時(shí),就需要應(yīng)用多套傳統(tǒng)的超聲縱振系統(tǒng)。針對(duì)以上問題,本文對(duì)可改變縱振動(dòng)傳輸方向的夾角型超聲縱振動(dòng)變幅桿和可實(shí)現(xiàn)多端輸出,可對(duì)多個(gè)處理對(duì)象同時(shí)進(jìn)行處理的縱振動(dòng)方向變換體進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。主要研究工作如下:(1)提出了夾角型超聲縱振動(dòng)變幅桿。變幅桿由輸入桿和輸出桿組成,根據(jù)自由邊界條件和夾角連接處的力學(xué)耦合條件得到了求解半徑、角度及長度任意變化的變幅桿諧振頻率的方程。振型測試顯示換能器產(chǎn)生的縱振動(dòng)通過夾角型變幅桿可成功地傳輸?shù)捷敵鰲U的端面。對(duì)變幅桿的諧振頻率、放大系數(shù)、縱振動(dòng)位移分布、應(yīng)力分布與輸出特性進(jìn)行了計(jì)算及實(shí)驗(yàn)測試,得到了各參數(shù)與變幅桿尺寸的關(guān)系。結(jié)果顯示諧振頻率受變幅桿長度的影響最為明顯,放大系數(shù)則與變幅桿的輸入桿與輸出桿的相對(duì)尺寸有關(guān),變幅桿的各個(gè)尺寸對(duì)縱振動(dòng)位移曲線的分布影響都很大,相反應(yīng)力極大值點(diǎn)則不受尺寸影響總是位于變幅桿彎曲部分的內(nèi)側(cè)。(2)提出了多端輸出的縱振動(dòng)方向變換體結(jié)構(gòu),變換體由輸入桿、過渡體和多個(gè)輸出桿組成,且各組件位于同一平面內(nèi)。利用變換體輸入端與輸出端的自由邊界條件以及輸入桿與過渡體、過渡體與輸出桿連接處力、位移、力矩與轉(zhuǎn)角連續(xù)條件,推導(dǎo)出了變換體的頻率方程,實(shí)驗(yàn)測試顯示變換體各輸出端振型為縱振振型,表明縱振動(dòng)經(jīng)變換體實(shí)現(xiàn)了多端輸出,并且中間輸出桿的輸出位移要大于兩側(cè)的輸出桿,缺失中間輸出桿不影響兩側(cè)輸出桿的輸出。(3)提出了多端等幅振動(dòng)輸出的縱振動(dòng)方向變換體結(jié)構(gòu),通過半球形過渡體將一個(gè)輸入桿與多個(gè)輸出桿耦連為一體,并且多個(gè)輸出桿呈立體分布,可實(shí)現(xiàn)一端縱振動(dòng)輸入多個(gè)方向上縱振動(dòng)均勻輸出。推導(dǎo)出了變換體諧振頻率方程并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)變換體輸出端面振型進(jìn)行測試,結(jié)果表明縱振動(dòng)經(jīng)過該變換體成功地傳輸?shù)搅巳齻�(gè)輸出端上并且幅度基本相等,實(shí)現(xiàn)縱振動(dòng)的多端等幅輸出。本文研究的夾角型超聲縱振動(dòng)變幅桿和多端輸出的縱振動(dòng)方向變換體,有望應(yīng)用于實(shí)際的超聲加工、處理中,以便提高工作效率,并降低工作成本。
【圖文】：

陜西師范大學(xué)博±學(xué)位論文邐逡逑來代替。并且由于超聲對(duì)清洗的增強(qiáng)和清洗劑使用量的減少，清洗液的酸或堿的逡逑濃度可Ｗ在一定程度被降低，有助于減少環(huán)境污染。電子電氣技術(shù)的發(fā)展使得超逡逑聲清洗可Ｗ實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，在洗涂一些對(duì)人體健康有危害的清洗件時(shí)可Ｗ通過遠(yuǎn)程逡逑控制避免有害物質(zhì)對(duì)人體健康的損害。對(duì)吸聲系數(shù)小的材料使用超聲清洗可Ｗ達(dá)逡逑到較好的效果，而對(duì)于吸聲系數(shù)大的材料，超聲能量被材料吸收使得結(jié)果不如前逡逑者。并且超聲清洗設(shè)備的噪聲較大。逡逑

邐沖擊巧力邐？分散作用�。�？去除污物Ｉ逡逑圖１－１超聲清洗作用過程Ｗ逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ邋ｃｌｅａｎｉｎｇ逡逑社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)方式發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變和升逡逑級(jí)，超聲清洗技術(shù)同樣也跟著時(shí)代的步伐不停的發(fā)展和改進(jìn)。超聲的頻率、強(qiáng)逡逑度、聲場分布是能夠?qū)Τ暻逑葱Чa(chǎn)生影響的主要因素Ｗ。要達(dá)到好的清洗效逡逑果，必須對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，如為解決有限的清洗空間所產(chǎn)生的駐波導(dǎo)致逡逑的聲場和空化不均勻的問題，人們研究Ｔ兩種方法：改變清洗槽形狀擴(kuò)散聲波Ｗ逡逑，及使用多頻激勵(lì)形成不同的駐波場，兩種方法都能有效改善聲場均勻性。學(xué)者還逡逑設(shè)計(jì)了一種管狀超聲振子，區(qū)別于一般的多個(gè)換能器粘在一個(gè)不鎊鋼板上的超聲逡逑清洗設(shè)備，該振子由級(jí)向振動(dòng)換能器激發(fā)推動(dòng)管子振動(dòng)，效率高，壽命長，使用逡逑方便Ｐ１。針對(duì)一些孔徑較小的容器，，細(xì)棒形超聲福射器也被開發(fā)出來。對(duì)于半導(dǎo)逡逑體集成電路生產(chǎn)
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB55

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本文編號(hào)：2568151