超声变幅杆设计方法研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第1期声学技术V01．25．No。12006年02月rechnicalAcousth"sFeb．，2006超声变幅杆设计方法研究贺西平．高洁(陕西帅池人学应用声学研究所，曲710062)摘要：超声变幅杆是超声振动系统中-个重耍的绀成部分，经常A高声强趟声q，应用。从声学角度出发，埘超声变幅杆有许多种设汁方法。本文在综合有关文献的壁础上，阐述了常用的漫汁变幅杆的方法，如传统的设计方法，等效电路法，替代}上(机械阻抗相等法)，传输矩阵法，有限元法，表观弹件法等等。文中比较丁这些没计方法的特点，提了应川相麻法时应该注意的问题为了能进-步简

2、化设计，方便忆，义中提LfI丁用没计方法本身统·各单级变幅杆各性能参数的表达式等今后需要研究的问题关键词：变幅杆；等效电路；替代法；传输矩阵；有限元方法中图分类号：0422．7文献标识码：A文章编号：1000—3630(2006)．01．0082．05AreviewofultrasonicsolidhorndesignHEXi—ping，GAOJie(AppliedAcousticsInstitute，ShaanxiNormalUniversity，Xi"art710062，China)Abstract：Solidhornisanimportantcomponentinultrasoni

3、cvibrationsystem，oftenusedinhighpowerultrasoundapplications．Newadvancesinvariousdesignmethodsofultrasonicsolidhornisreviewed，forexample，conventionalanalyticalmethod，methodsofequivalentcircuit，mechanicalimpedance，transfermatrix，finiteelement，andapt)arentelasticmodules，etc．Characteristicsofdifferen

4、tmethodsarecompared，andproblemsthatneedfurtherstudiesarepointedoutsuchasseekingaunifiedexpressionforperformancefactorsofsolidhornswithcommonshapefunctions．Keywords：solidhorn；equivalentcircLlit；rTIhanicalimpedance；transfrmatrix；finiteelementmethod在换能器的端面连接超声变幅杆，才能将机械振动1引言幅度放大到符合要求。另外，超声变幅杆还可以作为机械阻

5、抗变换器，存换能器和声负载之间进行阻抗超声变幅杆是超声振动系统中一个重要的组匹配。使超声能量更有效地从换能器向负载传输。成部分。它在振动系统rf1的主要作用是把机械振动世纪40年代发明的纵振指数型变幅杆。是为的质点位移或速度放大。并将超声能量集t{·较小了高强大功率超声波的应用，50年代原苏联学者提的面积上即聚能，因此也称超声变速杆或超J苜聚能出悬链线型变幅杆和多级组合变幅杆，60年代提H1器。在高声强超声如超声加工、超声焊接等应州中，_r描述变幅杆形状L大J数的概念，并发展了一种应力辐射面的振动幅度一般需要儿十到几百微米，只有沿杆件均匀分布的高斯型变幅杆。获得了高位移振幅。森荣司提振动

6、方向变换器，开辟了用变幅杆件收稿日期：2005．02．03；修回日期：2005．04．Il功率合成办法获得高强特大功率(50KW以卜)超作者简介：贺四半(1965．)，男，江西永新人，硕上导师，教授，研究方的途径上世纪80年代森荣司等义提出夹心弯曲换为趋卢f程、水声换能器的弹论和设计‘、声传感及信号处理等能器结构_ll’90年代根本佐久良雄等人则提H{了灾维普资讯http://www.cqvip.com第1期贺西平等：超声变幅杆设计方法研究83心扭转换能器结构[23，随后义出现了弯曲振动变幅l杆_3l和扭转振动变幅杆_5_，扩大了工业应用范同。除了以上杆件形状外，在大功率超声冷拔丝、管等

7、应用中出现了等厚度或变厚度的盘彤或环形聚能器[6-8；；在超声焊接、切割中又出现了大型块状变幅(a)四端网络(Four．terminalnetwork)杆件；。1z2按照振动类型。可分为纵振、扭振、弯振以及复合振动(纵弯、纵扭)“四类，在功率超声的加工和处理应用巾．纵振型应用最为普遍。从单一变幅杆的母线形状来分类。义町分为阶梯、指数、悬链线、圆锥、高斯、傅里叶、余弦等类型，若将这些单一形(b)等效的T型网络(Thekindofequ