可換向的縱振動(dòng)方向變換器的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超聲波縱振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種可一端輸入多端輸出 的可換向的縱振動(dòng)方向變換器的設(shè)計(jì)方法及用該方法設(shè)計(jì)的縱振動(dòng)方向變換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲縱振動(dòng)系統(tǒng)包括超聲換能器、變幅桿及工具頭，傳統(tǒng)的超聲縱振動(dòng)系統(tǒng)中，一 個(gè)換能器只能連接一套變幅桿及工具頭，因而也只能有一個(gè)輸出端對(duì)處理對(duì)象進(jìn)行處理， 再則，如超聲凝聚、超聲除泡、超聲除塵等一些應(yīng)用中，需要對(duì)流體進(jìn)行大功率大面積、全方 位地超聲福射應(yīng)用時(shí)，需要應(yīng)用多套傳統(tǒng)的超聲縱振動(dòng)系統(tǒng)，使得工作效率難W保證，而且 系統(tǒng)運(yùn)行成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)所存在不足，本發(fā)明提供了一種可實(shí)現(xiàn)一端輸入、多段輸出，達(dá) 到多個(gè)輸出端可同時(shí)對(duì)多個(gè)處理對(duì)象作用，并且設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單的可換向的縱振動(dòng)方向變換 器的設(shè)計(jì)方法。
[0004] 本發(fā)明還提供了一種用上述設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)的處理工作效率高、運(yùn)行成本低、安 裝方便的縱振動(dòng)方向變換器。 陽(yáng)〇化]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：該縱振動(dòng)方向變換器的輸入桿與輸出 桿通過(guò)方向變換體連接，輸入桿、方向變換體W及輸出桿設(shè)計(jì)滿(mǎn)足：
[0006] 在輸入桿及輸出桿的端面處滿(mǎn)足：縱向力、橫向力和力矩為零的自由邊界條件； 在輸入桿與方向變換體連接處滿(mǎn)足：位移、縱向力、橫向力、轉(zhuǎn)角及力矩連續(xù)；方向變換體 與各輸出桿連接處的位移和轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)連續(xù)，并且方向變換體輸出端的縱向力、橫向力對(duì)應(yīng) 為各輸出桿的縱向力、橫向力之和，方向變換體輸出端的力矩為各輸出桿的力矩之和。
[0007] 一種用上述的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)的縱振動(dòng)方向變換器是由依次連接的輸入桿、方向 變換體W及至少2個(gè)輸出桿組成，所述輸出桿在同一平面分布并且關(guān)于輸入桿的中屯、軸對(duì) 稱(chēng)分布；
[0008] 上述輸入桿及輸出桿的端面處滿(mǎn)足：縱向力、橫向力和力矩為零的自由邊界條件； 在輸入桿與方向變換體連接處滿(mǎn)足：位移、縱向力、橫向力、轉(zhuǎn)角及力矩連續(xù)，方向變換體與 各輸出桿連接處的位移和轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)連續(xù)，并且方向變換體輸出端的縱向力、橫向力對(duì)應(yīng)為 各輸出桿的縱向力、橫向力之和，方向變換體輸出端的力矩為各輸出桿的力矩之和。
[0009] 上述各個(gè)輸出桿的直徑、長(zhǎng)度相等。
[0010] 上述輸入桿的長(zhǎng)度li與輸出桿的長(zhǎng)度13^及方向變換體沿縱振動(dòng)傳遞方向上的 線度12之和滿(mǎn)足：ll+Vl3< ^為該振動(dòng)方向變換器的縱振動(dòng)頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。
[0011] 上述輸入桿的直徑、輸出桿的直徑W及縱振動(dòng)變換體沿垂直于縱振動(dòng)傳遞方向上 的線度均小于該振動(dòng)方向變換器的縱振動(dòng)頻率所對(duì)應(yīng)的四分之一波長(zhǎng)。
[0012] 本發(fā)明所提供的可換向的縱振動(dòng)方向變換器的設(shè)計(jì)方法，其通過(guò)方向變換體將一 個(gè)輸入桿與多個(gè)輸出桿禪連為一體，實(shí)現(xiàn)一端縱振動(dòng)輸入多個(gè)方向上縱振動(dòng)輸出，可w達(dá) 到多個(gè)輸出端同時(shí)作用于多個(gè)或者大面積的處理對(duì)象的目的，實(shí)現(xiàn)大面積對(duì)流體進(jìn)行超聲 福射的應(yīng)用，提高超聲處理效率，節(jié)省生產(chǎn)成本，此外，本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，更換拆裝方 便，還可W根據(jù)實(shí)際應(yīng)用靈活選擇輸出桿的個(gè)數(shù)及方向，適于大范圍推廣應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為可換向的縱振動(dòng)方向變換器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但是本發(fā)明不僅限于 下述的實(shí)施情形。 陽(yáng)〇1引 實(shí)施例1
[0016] 由圖1可知，本實(shí)施例的可換向的縱振動(dòng)方向變換器是由輸入桿1、方向變換體2 W及上輸出桿4、中輸出桿3和下輸出桿5連接構(gòu)成。
[0017] 其中輸入桿1與方向變換體2連接，在方向變換體2的另一端面上用螺紋方式連 接有3個(gè)輸出桿，分別為上輸出桿4、中輸出桿3W及下輸出桿5,上輸出桿4、下輸出桿5關(guān) 于輸入桿1的中屯、軸對(duì)稱(chēng)，且與輸入桿1中屯、軸之間形成的夾角為0，90°〉0 >0°，而中 輸出桿3安裝在上輸出桿4和下輸出桿5之間，并且其中屯、軸與輸入桿1的中屯、軸在同一 平面上，為了便于上輸出桿4和下輸出桿5與方向變換體2安裝，將方向變換體2與上輸出 桿4、下輸出桿5接觸的位置加工為斜面，其傾斜角度與0相等，只要滿(mǎn)足方向變換體2與 上輸出桿4、下輸出桿5充分接觸即可。
[001引設(shè)定S個(gè)自然坐標(biāo)系，其分別沿著輸入桿1、方向變換體2與中輸出桿3、上輸出桿 4、下輸出桿5的軸線方向，W方向變換體2與各輸出桿的中屯、軸連接點(diǎn)為原點(diǎn)，設(shè)定輸入桿 1的長(zhǎng)度為li，直徑為化，方向變換體2沿縱振動(dòng)傳遞方向上的線度為12、垂直于縱振動(dòng)傳 遞方向上直徑為02,中輸出桿3、上輸出桿4W及下輸出桿5的長(zhǎng)度均為13,直徑分別為化、 04、05。
[0019] 本實(shí)施例的縱振動(dòng)方向變換器的設(shè)計(jì)方法是按照下述公式進(jìn)行：
[0020] 在輸入桿1及輸出桿的端面處滿(mǎn)足：縱向力、橫向力和力矩為零的自由邊界條件； 在輸入桿1與方向變換體2連接處滿(mǎn)足：位移、橫向力和縱向力、轉(zhuǎn)角及力矩連續(xù)；方向變 換體2與各輸出桿連接處的位移和轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)連續(xù)，并且方向變換體2輸出端的橫向力、縱向 力對(duì)應(yīng)為各輸出桿的橫向力、縱向力之和，方向變換體2輸出端的力矩為各輸出桿的力矩 之和，具體為：在X= -12處，位移、力、轉(zhuǎn)角及力矩連續(xù)：
[0026] |、'=_,: =M?I叫' 御；
[0027] e1為輸入桿1的縱向位移，m;e2為方向變換體2的縱向位移，m; 陽(yáng)02引 n1為輸入桿1的橫向位移，m;n2為方向變換體2的橫向位移，m;
[0029]Fii為輸入桿1所受的縱向力，N，F(xiàn)12為方向變換體2所受的縱向力，N;
[0030] Ffi為輸入桿1所受的橫向力，N，F(xiàn)f2為方向變換體2所受的橫向力，N;
[0031] 41為輸入桿1W其中屯、軸為基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)角；42為方向變換體2W其中屯、軸線為基 準(zhǔn)的轉(zhuǎn)角；
[0032]Ml為輸入桿1所受的力矩，N?m，M2為方向變換體2所受的力矩，N?m;在X= 0 處：
W45] 其中：e3、￡4、ee分別為中輸出桿3、上輸出桿4、下輸出桿5的縱向位移，m;
[0046]n3、n4、n5分別為中輸出桿3、上輸出桿4、下輸出桿5的橫向位移，m;
[0047] 。3、。4、分別為中輸出桿3、上輸出桿4、下輸出桿5所雙的縱向力，N; W48] Ff3、Ff4、Ffs分別為中輸出桿3、上輸出桿4、下輸出桿5所受的橫向力，N; W例 43、&4、4分別為中輸出桿3、上輸出桿4、下輸出桿5W各自的中屯、軸為基準(zhǔn)的 轉(zhuǎn)角；
[0050] M3、IVLpMs分別為中輸出桿3、上輸出桿4、下輸出桿5所雙的力矩，N?m;縱振動(dòng)方 向變換體2的振動(dòng)輸入桿1為自由邊界：
[0051]
[0054] 縱振動(dòng)方向變換體2的各輸出桿的端面為自由邊界：
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