CN105689250A - 一种纵-扭复合振动换能器 - Google Patents

一种纵-扭复合振动换能器 Download PDF

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Abstract

一种纵-扭复合振动换能器，包括端盖，端盖上通过轴向后盖板连接有轴向超磁致伸缩棒，轴向超磁致伸缩棒外设有轴向线圈，轴向超磁致伸缩棒的顶端设有轴向前盖板，轴向前盖板上沿周向均匀设有4个周向超磁致伸缩棒，每个周向超磁致伸缩棒外均设有周向线圈，每个周向超磁致伸缩棒的一端设有周向前盖板，另一端设有周向后盖板并通过与预紧螺钉压紧。本发明换能器，采用5根超磁致伸缩棒为驱动原件，一个超磁致伸缩棒沿轴向设置来产生纵向振动，四个超磁致伸缩棒沿换能器前盖板的周向设置，使得四个超磁致伸缩棒的综合作用来产生扭转振动；并且可以通过控制周向线圈接入电路的数目来控制扭转幅度的大小，能实现超声加工中对大功率振动的要求。

Description

一种纵-扭复合振动换能器
技术领域
本发明属于超声加工技术领域，具体涉及一种纵-扭复合振动换能器。
背景技术
旋转超声加工是刀具在高速旋转加工的同时辅加以超声频的机械振动，可以提高加工效率和表面质量，特别在硬脆材料的加工方面显示出了极大的优越性。
目前，在超声加工方面一般采用的是由压电材料制作的纵振型换能器，即只在纵向产生超声振动。研究表明，在旋转超声加工中加入扭转振动(沿主轴切向)能够减小切削力和切削扭矩，从而可以提高加工的质量以及延长刀具的寿命。
压电超声换能器的功率相对来说都比较小，通常小于2kW，不能满足加工过程中对大功率超声辐射的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种纵-扭复合振动换能器，解决现有压电换能器存在的功率较小，不能满足加工过程中对大功率超声振动要求的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种纵-扭复合振动换能器，包括端盖，端盖上通过轴向后盖板连接有轴向超磁致伸缩棒，轴向超磁致伸缩棒外设有轴向线圈，轴向超磁致伸缩棒的顶端设有轴向前盖板，轴向前盖板上沿周向均匀设有4个周向超磁致伸缩棒，每个周向超磁致伸缩棒外均设有周向线圈，每个周向超磁致伸缩棒的一端设有周向前盖板，另一端设有周向后盖板并通过与预紧螺钉压紧。
本发明的特点还在于，
轴向前盖板上沿周向均匀设有4个方槽，沿周向方向上每个方槽的一端开设有盲孔，每个方槽的另一端开有螺纹孔，盲孔中粘结有周向前盖板，周向前盖板与周向超磁致伸缩棒的一端粘结，周向超磁致伸缩棒靠近螺纹孔的一端与周向后盖板粘结，螺纹孔内设有预紧螺钉。
周向后盖板上设有周向碟簧，周向碟簧与预紧螺钉相接触。
端盖与轴向前盖板通过螺栓紧固件连接。
轴向后盖板上设有轴向碟簧，轴向碟簧与端盖相接触。
本发明的有益效果是，本发明纵-扭复合振动换能器，采用5根超磁致伸缩棒为驱动原件，能实现超声加工中对大功率振动的要求。一个超磁致伸缩棒沿轴向设置来产生纵向振动，四个超磁致伸缩棒沿换能器前盖板的周向设置，使得四个超磁致伸缩棒的综合作用来产生扭转振动；并且可以通过控制周向线圈接入电路的数目来控制扭转幅度的大小(当需要的扭转振幅比较大时，可以将四个周向线圈串联，然后与超声波电源相连；当需要的扭转振幅比较小时，可以只将两个相对设置的周向线圈串联，然后与超声波电源连接)。将四个周向超磁致伸缩棒直接设置在轴向前盖板的方槽内，使得换能器结构紧凑，体积较小。
附图说明
图1是本发明纵-扭复合振动换能器没有装线圈时的结构图；
图2是本发明纵-扭复合振动换能器安装线圈后的结构图；
图3是本发明纵-扭复合振动换能器的剖面图；
图4是图3的A-A剖面图。
图中，1.端盖，2.轴向碟簧，3.轴向后盖板，4.轴向线圈，5.轴向超磁致伸缩棒，6.螺栓紧固件，7.预紧螺钉，8.周向线圈，9.轴向前盖板，10.周向前盖板，11.周向超磁致伸缩棒，12.周向后盖板，13.周向碟簧。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种纵-扭复合振动换能器，如图1～3所示，包括端盖1，端盖1上通过轴向后盖板3连接有轴向超磁致伸缩棒5，轴向超磁致伸缩棒5外设有轴向线圈4，轴向超磁致伸缩棒5的顶端设有(粘结)轴向前盖板9，轴向前盖板9上沿周向均匀设有4个周向超磁致伸缩棒11，每个周向超磁致伸缩棒11外均设有周向线圈8，每个周向超磁致伸缩棒11的一端设有(粘结)周向前盖板10，另一端设有(粘结)周向后盖板12并通过与预紧螺钉7压紧。
如图4所示，轴向前盖板9上沿周向均匀设有4个方槽，沿周向方向上每个方槽的一端开设有盲孔，每个方槽的另一端开有螺纹孔，盲孔中粘结有周向前盖板10，周向前盖板10与周向超磁致伸缩棒11的一端粘结，周向超磁致伸缩棒11靠近螺纹孔的一端与周向后盖板12粘结，螺纹孔内设有预紧螺钉7。
周向后盖板12上设有周向碟簧13，周向碟簧13与预紧螺钉7相接触，以此来给周向超磁致伸缩棒11施加预紧力。
端盖1与轴向前盖板9通过螺栓紧固件6连接，并且可以通过调节螺母来调整预紧力的大小。
轴向后盖板3上设有轴向碟簧2，轴向碟簧2与端盖1相接触。
本发明纵-扭复合振动换能器由一台超声波电源供电，其中四个周向线圈8串联连接，这样可以保证四个周向线圈8中的电流处于同相位，从而使得四个周向超磁致伸缩棒11的振动状态相同。轴向线圈4与周向线圈8并联连接，然后与超声波电源相连。
周向前盖板10使用声阻抗较小的硬铝材料，周向后盖板12使用声阻抗较大的不锈钢材料，这样可以使得超声振动更多地从周向前盖板10输出，而周向后盖板12几乎不振，这样可以使得四个周向超磁致伸缩棒11产生同一时针的振动，从而产生扭转振动。
本发明纵-扭复合振动换能器由一台超声波电源供电，产生纵-扭复合振动，将四个周向线圈8串联连接后再与轴向线圈4并联，然后与超声波电源相连接。超声波电源输出的电信号加载到本发明换能器上，使其产生纵-扭复合振动，并有轴向前盖板9将振动输出。并且，当需要较大的扭振时，将四个周向线圈8全部串联接入电路；当需要较小的扭振时，可以只将其中两个相对设置的周向线圈8串联接入电路。
另外，通过超波电源在本发明换能器的线圈上叠加直流电来提供偏置磁场，以消除超磁致伸缩材料的倍频效应。

Claims (5)

1.一种纵-扭复合振动换能器，其特征在于，包括端盖(1)，所述端盖(1)上通过轴向后盖板(3)连接有轴向超磁致伸缩棒(5)，所述轴向超磁致伸缩棒(5)外设有轴向线圈(4)，所述轴向超磁致伸缩棒(5)的顶端设有轴向前盖板(9)，所述轴向前盖板(9)上沿周向均匀设有4个周向超磁致伸缩棒(11)，每个周向超磁致伸缩棒(11)外均设有周向线圈(8)，每个周向超磁致伸缩棒(11)的一端设有周向前盖板(10)，另一端设有周向后盖板(12)并通过与预紧螺钉(7)压紧。
2.根据权利要求1所述的纵-扭复合振动换能器，其特征在于，所述轴向前盖板(9)上沿周向均匀设有4个方槽，沿周向方向上每个方槽的一端开设有盲孔，每个方槽的另一端开有螺纹孔，所述盲孔中粘结有周向前盖板(10)，所述周向前盖板(10)与周向超磁致伸缩棒(11)的一端粘结，所述周向超磁致伸缩棒(11)靠近螺纹孔的一端与周向后盖板(12)粘结，所述螺纹孔内设有预紧螺钉(7)。
3.根据权利要求2所述的纵-扭复合振动换能器，其特征在于，所述周向后盖板(12)上设有周向碟簧(13)，所述周向碟簧(13)与预紧螺钉(7)相接触。
4.根据权利要求1所述的纵-扭复合振动换能器，其特征在于，所述端盖(1)与轴向前盖板(3)通过螺栓紧固件(6)连接。
5.根据权利要求1～4任一所述的纵-扭复合振动换能器，其特征在于，所述轴向后盖板(3)上设有轴向碟簧(2)，所述轴向碟簧(2)与端盖(1)相接触。
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