Складений ультразвуковий концентратор поздовжніх коливань

Складений ультразвуковий концентратор поздовжніх коливань, що виконаний у вигляді складного стержня змінного перерізу, який відрізняється тим, що його профіль має форму, яку визначавизначають за співвідношенням: x x (0.02 3.5x ) cos(3.5x ) (1 0.02 3.5x ) sin(3.5x ), x (0.02; 0.551) (0.551 0.02) ; , 7 (13) де D x - діаметр поперечного перерізу; х - координата зміни. До недоліків найближчого аналогу слід віднести незначну амплітуду ультразвукових вібрацій, яка становить не більше 12мкм в резонансному режимі. Крім цього, температура нагріву даного експериментального зразка становить 230°С, що в середньому є в чотири рази більшою, за аналогічні середні робочі температури концентраторів ультразвукової енергії. Такий температурний режим приводить до швидкого руйнування найближчого аналогу і підвищує нестабільність встановлення та утримування певної резонансної частоти. В основу корисної моделі закладена задача конструктивного удосконалення ультразвукових концентраторів поздовжніх коливань, задля забезпечення значного коефіцієнта підсилення коливань і підвищення технічного ресурсу конструкції. Поставлена задача вирішується шляхом вибору спеціального закону зміни поперечного перерізу: 56081 1958x 3 , , (11) 22,845 0,209x 5.548x 2 UA Dx (19) Корисна модель відноситься до галузі машинобудування і може бути використана як головний конструктивний елемент в мікрозварювальних апаратах та шліфувальних акустичних пристроях для ультразвукової обробки та зварювання матеріалів різного ступеня технологічної складності відповідно. Відомі та детально описані пристрої подібного призначення [1-2], де ультразвуковий концентратор поздовжньо-крутильних коливань ступінчастої форми має вузьку порожнисту частину, яка з'єднана з електродвигуном [1]. Широка частина такого концентратора з'єднана з торцем віброперетворювача устаткування. Недоліком такої конфігурації концентратора є значна втрата коливальної енергії, і як наслідок він має незначний коефіцієнт концентрації поздовжніх коливань. Ця обставина призводить до зменшення точності технологічних операцій при ультразвуковому зварюванні деталей машин. Крім цього, спостерігається збудження хвильових зміщень різних типів коливань, що також є негативним чинником при роботі коливальної системи з таким концентратором. Як найближчий аналог можна прийняти концентратор типу Фур'є, який описується рівнянням форм [3]: U де D x - діаметр поперечного перерізу у точці х; х - координата. 3 Dx 56081 x x (0,02 3,5x ) cos(3,5x ) (1 0,02 3,5x ) sin( 3,5x ), x 4 (0,02; 0,551) (0.551 0,02) ; 7 де D x - діаметр поперечного перерізу у точці х; х - координата. Такий закон зміни діаметра поперечного перерізу призводить до підвищення, по-перше робочих амплітуд переміщень в області контакту з корисним навантаженням та по-друге, дозволяє отримати менші температурні показники розігріву в області дії максимальних механічних напруг, що забезпечує таким чином досягнення технічного результату. Форма спеціального закону зміни діаметра поперечного перерізу концентратора поздовжніх коливань пояснюється спробами позбутися існуючих конструктивних недоліків, які притаманні ступінчастим концентраторам з одночасним одержанням при цьому, ефективності роботи концентратора через велике значення підсилення коливань, що характеризує винахідницький рівень. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на Фіг.1 наведено експериментальний зразок складеного ультразвукового концентратора поздовжніх коливань, а на Фіг.2 представлено розподіли амплітуд переміщень та циклічних механічних напруг від довжини зразка. Експериментальний зразок виконано у формі складного стержня змінного перерізу, який містить дві частини. Ці частини утворюють профіль концентратора. Частина 1 є робочою, а за допомогою частини 2 одним торцем ультразвуковий концентратор жорстко з'єднують з перетворювачем енергії електричних коливань у механічні. Інший торець 3 зразка є робочим кінцем концентратора і до нього підводять корисне навантаження. В результаті чого утворюється єдина коливальна система. Крім того, на кресленні (Фіг.2) показані розподіли амплітуд переміщень 4 та механічних напруг 5 за довжиною концентратора. З аналізу цих кривих випливає, що вузол коливань не співпадає з максимумом циклічних напруг. Це в свою чергу гарантує довготривале ефективне використання запропонованої корисної моделі. Зразок концентратора запропонованого профілю випробовують наступним чином. В системі магнітострикційний перетворювач-концентратортехнологнічний інструмент за допомогою перетворювача та ефекту магнітострикції збуджують поздовжні коливання. Досягаючи режиму резонансу, за рахунок повільної зміни основної частоти коливань системи, отримують першу форму коливань, амплітуда яких вимірюється за допомогою мікроскопу (на кресленні не показано). Проведений аналіз показав, що за рахунок конструктивного удосконалення концентратора, при одному і тому ж значенні відношення приєднувальних граничних розмірів, досягнуто перевищення у 2 рази від максимально можливого значення коефіцієнта підсилення коливань найкращого на сьогодні складеного ступінчастого концентратора. Крім цього, отримано що внутрішня енергія розсіювання є меншою на 11% при порівнянні з сучасними зразками складених концентраторів енергії. Джерела інформації 1. Пат. 2091974 Росийская Федерация, МПК7 Н02N2/10. Способ получения продольнокрутильных колебаний и устройство для его осуществления / Виноградов О.В.; заявитель и патентообладатель Центральное конструкторское бюро "Пеленг". - №4828839/25 ; заявл. 12.03.90 ; опубл. 27.09.97, Бюл. №10. - 2с: ил. 2. Хмелев В.Н. Ультразвуковая размерная обработка материалов / В.Н. Хмелев, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок. – Алтайск : АлтГТУ, 1997. – 120с. 3. Ланин В. Е. Бесфлюсовая ультразвуковая пайка в электронике / В. Е. Ланин // Технологии в электронной промышленности. – 2007. – №4. – С.23–27. 5 Комп’ютерна верстка О. Рябко 56081 6 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