超声波在工程中的利用

《超声波在工程中的利用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、超声波在工程中的利用李以农1肖兰2(1．重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044；2．上海香山建筑设计有限公司上海200010)摘要超声波利用捌tY-在工程领域的各个部门厦人类生活的各个方面得到了广泛的利用，它的发展丰富了振动利用工程的内涵，成为振动利用工程不可或缺的重要组成部分。本文从振动利用工程发展的角度，扼要地介绍近期国内外超声波利用技术的研究与发展。关键词超声波利用；振动利用工程引言声波是弹性介质中的机械波，通常人们可以听见的声波频率在20～20000Hz之间，频率低于20Hz的称为次声波，而频率高于20000Hz的声波称为超声波

2、。由于超声波的穿透能力强，传播定向好，在不同介质中波速、衰减和吸收特性有差异，在人类生产和生活方面得到了广泛的应用。下面介绍近期国内外在超声波技术利用方面的一些研究进展。1燃油tt水超声乳化燃烧节111技7Ic[1，2】将燃油掺水并进行超声乳化燃烧即能节油又能减少大气污染是我国特有的节能技术，它不需要任何添加剂，采用流体动力燃油掺承器进行重油掺水乳化，并配有一级射流乳化器、监测仪器、超声波声级计、含水份测示仪、仪表，形成一套完整的工艺流程系统。该项技术已被国家列入重点推广的应用项目之一。燃油掺水为了达到良好的乳化效果，须使水珠均匀而小的分散在油

3、中。传统的方法是用搅拌浆、均质器和射流加上添加剂增加乳化油乳化质量，也有用压电式和磁滞伸缩式超声波发生器乳化的。由于加添加剂成本高，压电式和磁滞伸缩式超声波发生器乳化处理量小，易损件多，难于维修，所以，节能效果较差。燃油掺水超声乳化技术是利用流体动力式超声发生器来进行乳化，它是利用射流和超声波共同来进行乳化的。乳化器有喷口和簧片哨两个部分组成。其工作原理是：利用泵压，使油水混合物具有一定压力，产生一定流速，液体由喷口呈片状喷入，并产生具有一定频率的振动。该液流与簧片哨相撞，当液体频率与簧片固有频率一致时，在液体射流片的带动下，使簧片哨与液流片发

4、生共振，产生强声波(90～110dB)，从而产生空化现象，在空化场中出现几千甚至几万个大气压的冲击波，连续地冲击工质，将工质乳化。簧片哨是利用从喷口喷出水片到簧片上使簧片发生振动，即在水中发射出声波。关于簧片哨发声机理的研究，目前还没有得到完满的解决。一种比较全面地符合实验的假设是：从喷口中喷射中的水片和周围介质的分界表面形成相对的水速度，这样即会产生表面波。在这种情况下水片存在两种波，对称波和反对称波。在水片很薄的这种液哨中对称波起很小的作用，即水片按反对称振动。有一定固有振动频率的这种波有顺水片前进·301·振动利用技术的若干研究与进展方向

5、和反向两种，此时若反向波和前进波的相位叠加恰好等于2”时，即在刃和喷口问形成稳定的波振动。当波的频率和簧片的固有频率一致时，在此体系中即形成共振，发射出最强的声波。由此可知，这种液哨是一个流体动力式自激励振动体系，只要水流速度、水片厚度及喷口到刃尖的距离确定之后，水片本身的固有频率就一定。簧片固有频率是有由簧片本身材料和尺寸大小而定，当水片和簧片的频率一致时才发射出最强的声强，成为共振体系，在这自激励振动体系中声强是有水片的能量转变而来的。2超声波振动切削工艺[3】超声波振动切削是近几年来发展较快的一种新技术，在很多领域里试验和应用，取得了许多

6、令人意想不到的效果。超声波振动切削是超声频率的脉冲切削方式，镗杆水平方向受力由普通切削的切削力F变为以F为幅值的高频脉冲切削力。假设镗杆和工件组成的振动系统为单自由度系统。在切削力F作用下，镗刀水平让位量z=F／k，而在频率为，，幅值为F的脉冲切削力作用下，系统的方程为M盟dt2+c警+垃=F(￡)(1)F(t)为高频脉冲形式，按傅里叶级数展开则有F(t)=亭F+2-。vE．{sin喀”c。sntot(2)式中丘——镗刀在一个振动周期丁内切削时间；F——脉冲力幅值；m——刀具振动角频率，m=2≈凡上述振动方程的解由两部分组成，一部分是衰减自由振

7、动的解，另一部分是强迫振动的解，在达到稳定时，前一部分可忽略而只考虑后一部分。所以(3)式中m。——镗杆固有角频率，m。=以7丽；卜阻尼比。旷竺竖2rig竺塑c4，9”一——()超声振动切削时，u允。》1，式中后面一项相对前面一项其值可以忽略，于是z=争≠(5)和普通切削比较，水平位移量减小为tc／T，相当于镗杆刚性提高T／t，倍。超声振动切削每一个周期T内只有t。时间在切削，有(T—t。)时间脱离工件，使切削液能充分地进入到切削区，冷却润滑充分，刀具散热条件改善，切削温度大幅度降低。川一篱竺一卜杀霉‰耩超声波在工程中的利用超声切削刀具和工件材

8、料非连续接触，刀具和工具亲和机会减少，温度又低，切削液润滑又充分，加上超声振动之刀具会带动其周围切削液超声振动，切削液对刀具和工件材料不会发生粘结。由