Ультразвуковий концентратор акустичної енергії

Ультразвуковий концентратор акустичної енергії, виконаний у вигляді тіла обертання змінного перерізу, який відрізняється тим, що діаметр його поперечного перерізу змінюється уздовж осі симетрії за законом: x 6 5 ( 11) x 3 x 5 (11)2 ( , , 1) 5 ( 11) ( , 1) 1 5 (11)2 , , D D Корисна модель відноситься до ультразвукової техніки і може бути використана для ультразвукової обробки матеріалів, зокрема при виконанні процесів металізації та паяння деталей. Відомі та описані пристрої подібного призначення, де в складі ультразвукових коливальних систем використовується концентратор експоненціальної форми [1]. Недоліком таких концентраторів є неможливість їх ефективного використання на ультразвукових частотах навантаження, оскільки така конфігурація профілю не забезпечує достатній коефіцієнт зусилля амплітуди переміщень в умовах, коли необхідно досягти потрібний рівень напруг, який перевищує межу витривалості для високоміцного матеріалу. В якості прототипу прийнятий ультразвуковий концентратор енергії у вигляді тіла обертання, який за конфігурацією ще називають концентратором ступінчастої форми [2], в якому принаймі одна з щаблів виконана з похилими прорізями за довжиною, а в самій конструкції встановлено дисковий фланець, який виконує роль резонатора крутильних коливань. Цей прототип за своєю технічною сутністю є перетворювачем поздовжніх хвиль у крутильні, що збуджуються за допомогою дискового фланця. До суттєвих недоліків прототипу відносять наявність чутливості до навантаження, яке прикладається до торця концентратора, а також значний рівень енергії механічних втрат на внутрішнє тертя в матеріалі і недостатній коефіцієнт концентрації амплітуд коливань для проведення ефективної ультразвукової обробки матеріалів. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити відомі різновиди концентраторів, шляхом виконання профілю за новим законом, що забезпечує підвищення ефективності її роботи. Цей закон визначається наступним співвідношенням: x 6 5 ( 11) x 3 x 5 (11)2 ( 1) 5 ( 11) ( 1) 1 5 (11)2 , (1) , , , , D D x 0 x3 11 , де D x - діаметр поперечного перерізу у точці x ; D 0 - діаметр мінімального поперечного перерізу; x - координата; δ=1/3 - параметр, що визначає відношення граничних діаметрів концентратора, і призводить до ефекту значного збільшення амплітуд акустичних коливань, іншими словами можна отримати значне підсилення резонансних поздовжніх або крутильних коливань, що забезпечує досягнення технічного результату. Суть корисної моделі пояснюється креслення, де на фігурі 1 зображено ультразвуковий концентратор акустичної енергії спеціальної форми а на фігурі 2 наведені розподіли амплітуд переміщень та циклічних напруг вздовж довжини концентратора. Ультразвуковий концентратор 1, містить торець більшого поперечного перерізу 2 і торець меншого поперечного перерізу 3, що з'єднані між собою тілом обертання, діаметр поперечного перерізу якого змінюється уздовж осі симетрії за (13) 18493 11 , де Dх - діаметр поперечного перерізу у точці х; D0 - діаметр мінімального поперечного перері (11) x3 UA зу; 0 (19) x U x - координата; 1/ 3 - параметр, що визначає відношення граничних діаметрів концентратора. 3 18493 співвідношенням (1). Систему перетворювач - концентратор енергії - технологічний інструмент (зразок) утворюють шляхом жорсткого з'єднання торця більшого поперечного перерізу 2 з перетворювачем енергії електромагнітних коливань у механічні. А вузький торець 3 концентратора за допомогою накидної гайки 4 сполучають або з технологічним інструментом, або зі зразком, наприклад, для проведення випробувань на втому матеріалів. Збуджують резонансні поздовжні чи крутильні коливання першої форми, дозволяючи тим самим проводити ефективну ультразвукову обробку та очищення матеріалів. На фігурі 2 наведені розподіли амплітуд переміщень 5 та циклічних напруг 6 вздовж довжини концентратора, якими наочно підтверджується явище концентрації акустичних коливань. Вигляд цих залежностей підтверджує факт щодо неспів Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 4 падання вузла коливань з максимумом циклічних напруг, що в свою чергу дозволяє довгострокову ефективну експлуатацію запропонованої корисної моделі. Випробування показали, що коефіцієнт підсилення коливань в ультразвуковій коливальній системі, де використовується запропонована корисна модель у 3-4 рази більший, ніж у відомих. Джерела інформації 1. Меркулов А.Г. Расчет ультразвуковых концентраторов // Акустический журнал. - 1957. - T.3, №3. - С.234-235. 2. Ступенчатый концентратор продольнокрутильных колебаний: А. с. 625534 СССР МКИ H01L41/108; Н02N11/00 / Васильев П.И., Савицкас И.Н., (СССР). - № 2483565/18-25; Заявл. 03.05.77; Опубл. 15.09.80, Бюл. №37. - 1с. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601