ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 68
Скачиваний: 0
чтобы с помощью |
концентратора с |
коэффициентом |
|
трансформации 1:7 |
(до |
10) увеличить |
амплитуду па |
инструменте до 20—30 мкм. |
|
||
Типовой ферритовый |
преобразователь |
и его основные |
|
размеры приведены на рис. 28. Он состоит из двух скле енных половин, составленных из сердечников С-23, имеющих резонансную частоту 23 кгц. В перемычки стержней вклеиваются постоянные магниты, изготовлен
ные из феррита БА-2. Склейка про |
|
|
|
||||||||||
изводится клеем |
горячей |
полимери |
|
У2 |
|||||||||
зации на основе смолы марки Т-111 |
|
||||||||||||
по |
инструкции |
Акустического |
ин |
|
|
|
|||||||
ститута. |
После |
склейки |
и |
сушки |
|
|
|
||||||
преобразователь |
шлифуется |
по тор |
|
|
|
||||||||
цам и к нижнему его |
торцу |
при |
|
|
10 |
||||||||
клеивается фланец (рис. 29) из |
ти |
|
|
||||||||||
танового сплава, обладающего близ |
|
|
|
||||||||||
ким с ферритом коэффициентом ли |
|
|
|
||||||||||
нейного |
расширения. |
|
|
|
|
|
|
/ |
|
||||
|
На выходном торце фланца вы |
|
|
||||||||||
|
S3 |
|
V |
||||||||||
полняется |
резьбовое |
|
отверстие |
|
|||||||||
(М10Х1) |
для |
присоединения |
кон |
|
В |
|
|||||||
центратора, а на его боковых |
по |
|
40 |
|
|||||||||
верхностях — лыски |
под |
ключ |
для |
|
|
|
|||||||
удерживания |
преобразователя |
при |
Рис. |
28. Типовой |
|||||||||
завертывании |
концентратора. |
|
|||||||||||
|
ферритовый |
преоб |
|||||||||||
|
Крепление |
колебательных |
систем |
||||||||||
с |
разователь: |
||||||||||||
ферриговым |
преобразователем |
1 — сердечник; |
2 |
||||||||||
может |
|
производиться |
|
непосредст |
постоянный |
магнит. |
|||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
венно за фланец болтами, вверну |
|
|
|
||||||||||
тыми |
в корпус |
акустической |
головки. Применяется креп |
||||||||||
ление |
таких |
систем |
с |
помощью |
кольцевой |
обоймы (см. |
|||||||
рис. 29). Три болта, ввернутые в обойму, своими заточ
ками входят в лунки |
на концентраторе, расположенные |
в узле смещения волновой характеристики системы. Сама |
|
обойма укрепляется |
в корпусе акустической головки. Оба |
способа просты по конструкции, но не обеспечивают точ ности положения системы в работе. С этой точки зренил лучшим является крепление с помощью четвертьволно
вого стакана. |
|
|
|
|
|
Несмотря на указанные |
преимущества, |
ферритовые |
|||
преобразователи |
до сего времени редко |
применяются |
|||
в ультразвуковых |
станках, |
что |
можно отчасти |
объяс |
|
нить сложностью |
получения |
в |
производственных |
усло- |
|
59
При ультразвуковой обработке используются в основ ном концентраторы ступенчатой, экспоненциальной, ко нусной и катеноидальной формы (рис. 30). При размер ной обработке наиболее часто применяют ступенчатые и экспоненциальные концентраторы.
В общем виде концентратор представляет собой стер жень с переменной площадью поперечного сечения, бла
годаря чему |
осуществляется трансформация |
амплиту |
ды Основной |
характеристикой концентратора |
является |
в) |
ю |
|
Рис. |
30. |
Типы концентраторов: |
|
а — ступенчатый; |
б — экспоненциальный; |
в — конусный; |
|
|
г |
— катеноидальный. |
|
теоретический коэффициент усиления К, показывающий, во сколько раз амплитуда колебаний его выходного тор ца больше амплитуды на входном торце. Этот коэффи циент зависит от соотношения N диаметров входного D t и выходного D2 торцов концентратора:
На рис. 31 приведены зависимости коэффициента К от N для концентраторов разных типов.
Как явствует из графика, наибольший коэффициент усиления амплитуды при одном и том же значении N' обеспечивается ступенчатым концентратором. Этим, прежде всего, объясняется широкое применение концент раторов ступенчатого типа при размерной обработке твердых хрупких материалов. Кроме того, эти концент раторы проще других в изготовлении, что подчас являет ся важнейшей предпосылкой успешного применения
1 Если нет необходимости в усилении амплитуды, то применя ются гладкие цилиндрические волноводы.
61
ультразвуковой обработки. Ступенчатые концентраторы допускают самые различные комбинации с инструмента ми сложной формы, -вплоть до изготовления последних за одно целое с концентратором. Расчет ступенчатого
концентратора гораздо |
проще, чем концентраторов |
дру |
|||||||||||
гих |
типов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Однако значение коэффициента усиления амплитуды |
||||||||||||
ступенчатого |
концентратора |
надо |
выбирать |
с |
учетом |
||||||||
|
|
|
|
|
|
предотвращения |
возможности |
||||||
|
|
|
|
|
|
возникновения |
боковых |
колеба |
|||||
|
|
|
|
|
|
ний, |
что наблюдается |
при |
|
боль |
|||
|
|
|
|
|
|
ших |
коэффициентах |
|
усиления |
||||
|
|
|
|
|
|
(/С^8н-10). На практике коэф |
|||||||
|
|
|
|
|
|
фициент усиления у |
ступенчатого |
||||||
|
|
|
|
|
|
концентратора |
принимают |
рав |
|||||
1 2 3 4 |
5 |
6 7 8 9 |
10 N |
ным |
4—6. Максимальное |
значе |
|||||||
Рис. 31 . Кривые зависи |
ние этого коэффициента для кон |
||||||||||||
центраторов |
|
экспоненциальной |
|||||||||||
мости |
|
коэффициента |
фОрМЫ М О ж е Т |
ДОСТИГатЬ |
/Смаке = |
||||||||
усиления |
амплитуды |
К |
|||||||||||
от |
соотношения |
диамет |
= 20—22. |
|
|
|
|
|
|
||||
ров |
входного и выходно |
Не останавливаясь |
подробно |
||||||||||
го |
торцов |
|
концентрато |
на анализе уравнений и зависи |
|||||||||
|
ров: |
|
|
||||||||||
1 — ступенчатого; |
2 — кате- |
мостей при |
расчете |
конструкций |
|||||||||
ноидального; |
3 — экспонен |
всех |
типов |
концентраторов, |
так |
||||||||
циального; |
|
* — конусного. |
как эти вопросы изложены в спе |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
циальной литературе |
|
[17; 21; 23], |
|||||
ниже приведем основы расчета двух типов концентрато ров: ступенчатого и экспоненциального.
Расчет ступенчатого концентратора. Резонансная длина ступенчатого концентратора 1Р (см. рис, 30, а) определяется из выражения:
Где X — длина |
волны в стержне постоянного сечения; |
|
с — скорость продольных |
волн (для стали с = 5, I X |
|
XIО5 |
см/сек); |
|
f — резонансная частота, |
кгц. |
|
Учитывая, что, как правило, концентраторы изготов ляют из стали, то есть c=const, при определении их ре зонансной длины можно пользоваться данными табл. 10, которая разработана ЭНИМСом.
62
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 10 |
|
Зависимость |
длины |
полуволнового |
ступенчатого |
|
||||
|
концентратора |
от |
резонансной |
частоты |
|
|
||
Резонанс |
18 |
19 |
20 |
20,5 |
21 |
21,5 |
22' |
22,5 |
ная частота, |
|
|
|
|
|
|
|
|
кгц |
|
|
|
|
|
|
|
|
Длина /р , |
142 |
132 |
128 |
122 |
119 |
116 |
114 |
111 |
мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент усиления амплитуды для ступенчатого |
||||||||
концентратора: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K=N\ |
|
|
|
(4) |
|
Вес стального концентратора определяется из выра |
||||||||
жения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0^~91,-{D[+D\) |
|
кГ, |
|
(5) |
|||
где р — удельный |
вес |
материала |
концентратора |
(для |
||||
стали р = 7,8 кГ1смг). |
|
|
|
|
||||
Выражение для нахождения узла смещения, где ам плитуда равна нулю:
При расчете концентраторов необходимо учитывать усталостную прочность материала. Распространение про дольных колебаний по стержням постоянного и перемен ного сечения приводит к возникновению сил растяже ния-сжатия, вызывающих переменные напряжения. Как показывают расчеты [17], опасное сечение ступенчатого концентратора расположено в месте стыка ступеней.
Напряжения, вызванные силами растяжения-сжатия, являются симметричными, знакопеременными, а так как число циклов при ультразвуковых колебаниях весьма
велико, величина напряжений не должна |
превышать |
|||
предела выносливости материала. |
|
|
|
|
Величина допустимых напряжений зависит от сопро |
||||
тивления материала усталостному |
разрушению, |
а так |
||
же от многих факторов конструктивного, |
технологиче |
|||
ского |
и эксплуатационного характера: а) |
неравномер |
||
ности |
распределения напряжений |
по сечению и |
их кон- |
|
63
центрацин; б) качества обработки поверхностного слоя концентраторов; в) размеров сечений и радиуса пере хода от одного диаметра к другому.
Пример. Сконструировать |
ступенчатый концентратор |
из |
стали |
|||||||||
45 при |
резонансной |
частоте |
преобразователя |
/ = 2 0 кгц, |
коэффи |
|||||||
циенте |
усиления |
амплитуды |
К — 4 и диаметре |
выходного |
торца |
|||||||
D-2—\b |
мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
Из выражения |
(4), |
учитывая, |
что N=-j^-, |
получаем; |
|
||||||
|
|
D\ |
= D 2 |
VK- |
15 У4 = |
30 |
мм. |
|
|
|
||
2. |
Длину / р |
находим по |
данным |
табл. |
10: |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
1р |
= |
128 |
мм. |
|
|
|
|
|
3. Вес концентратора находим по ф-ле (5):
3,14
G = - у -- 7,8 - 128(900т - 225)=0,440 кГ.
4. Длина первой ступени концентратора:
1 |
х |
' р |
1 2 8 |
ал |
Из последнего явствует, что опасное сечение у этого концен тратора находится в месте перехода диаметров ступеней. Это
Di—D2
место неооходимо |
выполнить радиусом |
R > |
2" |
и п 0 |
В 0 3 * |
||||
можности |
уплотнить обкаткой. |
|
|
|
|
|
|||
Расчет |
экспоненциального концентратора. |
Резонанс |
|||||||
ная длина |
концентратора |
определяется |
по формуле: |
||||||
|
|
|
|
19 = |
"27" * ei» |
|
|
|
^ |
где si — коэффициент, зависящий |
от соотношения |
N—jj |
|||||||
Этот коэффициент принимается |
равным: |
|
|
||||||
N |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
e i |
|
1,02 |
1,06 |
1,09 |
1,12 |
1,15 |
1,18 |
1,12 |
|
N |
|
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
|
e i |
1,22 |
1,24 |
1,26 |
1,28 |
1,30 |
1,31 |
1,32 |
|
|
Для определения диаметров сечений экспоненциаль ного концентратора можно воспользоваться номограм мой, приведенной на рис. 32 [21]. (Здесь обозначения
64