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超聲波變幅桿又稱(chēng)超聲變速桿、超聲聚能器。在超聲技術(shù)中,特別在高聲強超聲設備的振動(dòng)系統中是很重要的。
超聲波變幅桿作用是把機械振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)位移或速度放大,或者將超聲能量集中在較小的面積上,即聚能作用。我們知道,超聲換能器輻射面的振動(dòng)幅度在20kH范圍內只有幾微米。而在高聲強聲應用中,如超聲加工、超聲焊接、超聲金屬成型(包括超聲冷拔管飛絲和鉚接等)和某些超聲外科設備及超聲疲勞試驗應用中,輻射面的振動(dòng)幅度一般需要幾十到幾百微米。因此必須在換能器的端面連接超聲波變幅桿,將機械振動(dòng)幅度放大。除此以外,超聲波變幅桿還可以作為機械阻抗變換器,在換能器和聲負載之間進(jìn)行阻抗匹配,使超聲能量有效地從換能器向負載傳輸。
超聲波變幅桿性能可以用許多參數來(lái)描述。在實(shí)際應用中常用的是:共振頻率(共振長(cháng)度)、放大系數、形狀因數、輸入力阻抗和彎曲勁度等。放大系數是指變幅桿工作在共振頻率時(shí)輸出端和輸入端的質(zhì)點(diǎn)位移或速度振幅的比值;形狀因數是衡量變幅桿所能達到振動(dòng)速度的指標之一,它僅與變幅桿的幾何形狀有關(guān),值越大,所能達到的振動(dòng)速度也越大。輸入力阻抗定義輸入端策動(dòng)力與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的復數比值。在實(shí)際應用中常常要求輸入力阻抗隨頻率及負荷的變化要小。彎曲勁度是彎曲柔順性的倒數。變幅桿越長(cháng),彎曲柔順性越大,在許多實(shí)際應用中這是需要避免的。彎曲勁度也與變幅桿的幾何形狀有關(guān)。
在超聲波焊接的應用中,人們根據實(shí)際需要研究出各種類(lèi)型的變幅桿。簡(jiǎn)單也是較常用的變幅桿有:指數形,懸鏈線(xiàn)形,階梯形和圓錐形變幅桿。這類(lèi)變幅桿稱(chēng)為單一變幅桿。此外,為改善變幅桿的某些性能,如提高形狀因數,增加放大系數等,還研究出各種組合型變幅桿,這類(lèi)變幅桿由兩種以上不同形狀的桿組成。在實(shí)際應用中還出現一些由多個(gè)單一變幅桿級聯(lián)工作的組合系統,這是另一個(gè)問(wèn)題。除了上面提到的變幅桿外,在某些應用中有時(shí)還需要一些非桿形的振動(dòng)振幅變換器,其形狀有盤(pán)形、長(cháng)方形等,我們稱(chēng)其為變幅器。有些變幅器不但有振動(dòng)變幅的變換功能,而且還有振動(dòng)方向的變換功能。