超声清洗换能器设计及性能分析.pdf

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1、第五届全国振动利用工程学术会议暨第四次全国超声电机技术研讨会TheFifthConferenceonVibrationUtilizingEngineeringinChina&TheFourthWorkshoponUltrasonicMotorTechniquesinChina（CVUEC&WUMTC2012）340超声清洗换能器设计及性能分析梁松张义民(东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819)UltrasoniccleaningtransducerdesignandvibrationperformanceresearchLIANGSongZHANGYi-min(

2、SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation,NortheasternUniversity,Shenyang110819)摘要：超声清洗是一种高效的清洗技术，具有传统清洗无法比拟的优势。超声换能器是超声清洗技术中的关键部件。首先，根据压电超声换能器设计基础理论，得到了超声换能器的机电等效电路图。同时，给出了用于设计计算的换能器频率方程。其次，在COMSOLMultiphysics平台上建立了换能器压电耦合分析模型和超声清洗声场模型。最后，在分析结果的基础上提出了对现有设计的改进措施。关键词：超声清洗；压电换能器；COMSOLMu

3、ltiphysicsAbstract：Ultrasoniccleaningisanefficientcleaningtechology,whichhasmuchmoreadvancesthantraditionalcleaningtech.Ultrasonictransducerplaysanimportantroleintheultrasoniccleaningtechnology.Firstly,electro-mechanicalequivalentcircuitofultrasonictransducercanbeproposedbasedonthebasic

4、designingtheoryofpiezoelectrictransducer.Atthesametime,transducerfrequencyfunction,whichhasbeenusedindesigningcalculation,hasbeenproposed.Then,bothtransducerpiezoelectriccouplinganalysisandsoundfieldmodelofultrasoniccleaningareestablishedontheplatformofCOMSOLMultiphysicssoftware.Finally

5、,itismanyimprovementsforcurrentdesignthatareproposedonthebasisofanalysisresults.Keywords：Ultrasoniccleaning;piezoelectrictransducer;COMSOLMultiphysics中图分类号：文献表示码：洗的声场模型，并对该换能器的振动性能进行研0前言究。并提出了改进设计的方案。超声清洗是一项应用广泛的功率超声方法和应用技术。普通超声清洗设备主要由三部分组成：超声信号发生器、超声换能器、清洗槽。如图18所示,将被清洗工件浸入盛有清洗液的清洗槽中，超声

6、波信号发生器将交流电转换成超声频率电压振荡信号。超声换能器将高频电能转换成同频率的机械振动，并通过清洗槽底部钢板向清洗液体中辐射超声波。利用强超声场的能量产生的声空化效应来实现清洗。超声波清洗具有其他传统清洗方式无法比拟[1]的优势。清洗效果好，高一致性，高效率，低成图18超声波清洗设备结构示意图本，低劳动强度，环境友好。超声换能器(UltrasonicTransducer)是进行能量1压电超声换能器设计理论转换的器件，能实现电能和声能间的相互转换。超声换能器是超声技术的核心内容，也是决定超声系如图19所示，本文设计的换能器可以简化成前统性能的关键因素。本文研究的是清

7、洗用夹心式压盖板为圆锥形，后盖板为等截面圆柱形，压电陶瓷电超声换能器。片数为2，忽略预应力螺栓、粘接剂和铜片电极。[2]本文在超声换能器理论的基础上，推导出夹图19中、分别为节面两侧压电晶堆的厚度，心式压电超声换能器的机电等效图，给出了用于换是压电晶堆的总厚度。能器设计计算的理论公式。对超声换能器进行了结这里假设[3]，“在换能器各组成部件的连接面两构设计，在COMSOLMultiphysics中建立了超声清侧，位移、力和振动速度是连续的”，因而前、后1048第五届全国振动利用工程学术会议暨第四次全国超声电机技术研讨会TheFifthConferen