Складений ультразвуковий концентратор аксіально-симетричної форми

Складений ультразвуковий концентратор аксіально-симетричної форми, що виконаний у вигляді складного стержня змінного перерізу, який відрізняє ться тим, що його профіль визначається за законом: Корисна модель належить до галузі хвильової техніки і може бути використана як основний високоамплітудний інструмент в офтальмологічному ультразвуковому хір ургічному обладнанні при проведенні різної складності хірургічни х операцій. Відомі та детально описані пристрої подібного призначення [1, 2], де ультразвуковий концентратор за конструкцією складається з двох стержнів призматичної конфігурації різної ширини. Але такий концентратор, хоч і має необхідний коефіцієнт підсилення коливань, проте характеризується суттєвими технологічними недоліками, які унеможливлюють його довготривалу інтенсивну експлуатацію в складі ультразвукової коливальної системи. До таких недоліків можна віднести наявність в точці зміни поперечного перерізу значного рівня механічних напруг. До того ж, цим пружнім конструкціям при роботі зі знакозмінними навантаженнями, властива наявність негативних бічних коливань, які зменшують загальний коефіцієнт корисної дії всієї системи. Як прототип корисної моделі можна прийняти складений концентратор ампульно-ступінчастої форми [3]. До недоліків прототипу можна віднести наявність в місці з'єднання ступінчастої та ампельної ділянок значного стрибка механічних напруг, що в свою чергу є негативним чинником при жорсткому з'єднанні вказаної пружної конструкції в складі коливальної системи. До того ж, цей прототип забезпечує високий коефіцієнт підсилення поздовжніх коливань лише за умови забезпечення невеликого відношення граничних діаметрів і великої загальної довжини. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення складених концентраторів акустичної енергії, задля забезпечення значного коефіцієнта підсилення коливань, необхідних енергетичних і масо-габаритних показників. Поставлена задача вирішується шля хом вибору спеціального закону зміни поперечного перерізу: ì7 / cos(2.012 x ), x Î (0;0.655) Dx = í , î28, x Î (0.655;1) де - діаметр поперечного перерізу у точці x; (13) 29441 де Dx - діаметр поперечного перерізу у точці х; x - координата. Такий закон профілю призводить до підвищення, по-перше працездатності концентратора акустичної енергії в режимі резонансу та по-друге, коефіцієнта корисної дії всієї коливальної системи, що забезпечує таким чином досягнення технічного результату. Вибір спеціального закону зміни поперечного перерізу зі знайденими технічними параметрами концентратора обумовлено спробами позбутися основних технічних недоліків, які притаманні існуючим складеним концентраторам з одночасним отриманням при цьому необхідної ефективності роботи концентратора при значних навантаженнях та в існуючи х умовах температурної сумісності, що характеризує винахідницький рівень. (11) ì7 / cos(2.012x ), x Î (0;0.655) Dx = í î28, x Î (0.655;1) U координата. UA (19) Dx x 3 29441 Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на Фіг.1 показано експериментальний зразок ультразвукового концентратора аксіально-симетричної форми, а на Фіг.2 наведені розподіли амплітуд переміщень та циклічних механічних напруг від довжини зразка. Зразок виконано у вигляді складного стержня змінного перерізу, який складається з двох ділянок. Ці ділянки концентратора утворюють робочу частину 1. Крім цього, є ще частина 2, за допомогою якої ультразвуковий концентратор жорстко з'єднується з перетворювачем енергії електричних коливань у механічні. Інший торець 3 зразка є робочим кінцем концентратора, де знімаються високоамплітудні резонансні коливання. В результаті чого утворюється єдина ультразвукова коливальна система. Крім того, на кресленні (Фіг.2) розташовані розподіли амплітуд переміщень 4 та механічних напруг 5 за довжиною концентратора. З аналізу цих залежностей випливає, що вузол коливань не співпадає з максимумом циклічних напруг і до того ж не спостерігається стрибка механічних напруг. А це гарантує довго тривале ефективне використання запропонованої корисної моделі. Експериментальний зразок запропонованого профілю випробовують наступним чином. В системі магнітострикційний перетворювачекспериментальний зразок-технологічний інструмент за допомогою перетворювача збуджують поздовжні механічні коливання. Повільно змінюючи частоту коливань системи досягають межі резонансу та отримують першу форму коливань, амплітуда котрих вимірюється за допомогою мікроскопа (не зображено). Проведеніаналітичні розрахунки та дослідження показали, що енергія споживання ультразвукового концентратора аксіальносиметричної форми запропонованої форми менше на 25%, внутрішня енергія розсіювання менше на 20% при порівнянні з сучасними зразками складених концентраторів. Джерела інформації: 1. Карнаухов В.Г., Сенченков И.К., Михайленко В.В. Резонансные колебания осесимметричной электромеханической системы с автоподстройкой частоты // Прикладная механика. -1995. -№6. С.57-63. 2. Lea S.C., Landini G., Walmsley A.D. Assessing the vibrations of dental ultrasonic sealers // J. Sound and Vibr. -2004. - Vol.271, №3-5. -P.11201130. 3. Донской А.В., Червинский П.П. Ампульноступенчатые концентраторы // Вестник машиностроения. -1979. -№9. -С.39-41. 4 5 29441 6