CN105945203A - 一种齿轮锻造加工用装置 - Google Patents

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CN105945203A CN201610551366.7A CN201610551366A CN105945203A CN 105945203 A CN105945203 A CN 105945203A CN 201610551366 A CN201610551366 A CN 201610551366A CN 105945203 A CN105945203 A CN 105945203A
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杨林
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    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezo-electric effect or with electrostriction
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    • B06B2201/50Application to a particular transducer type
    • B06B2201/55Piezoelectric transducer

Abstract

本发明公开了一种齿轮锻造加工用装置,包括预锻模组件和精锻模组件;精锻模组件包括精锻凹模、精锻齿模、精锻凹模应力圈、精锻齿模应力圈;所述精锻齿模中心设置通孔,通孔内装有精锻顶冲,两者构成滑动配合;所述的精锻凹模上设置与待加工油槽形状、位置吻合的凸起;凸起有多个,并由精锻凹模中心均匀向外发散;所述的凸起设有三个。本发明的加工装置也就是加工用的成套模具。利用预锻模组件将圆柱坯料初步加工形状,然后精锻模组件精整外形;通过精锻凹模上设置的凸起可以在齿轮球面位置锻造出油槽。无需单独进行机加工,效率显著提高,成本也明显降低。

Description

一种齿轮锻造加工用装置
技术领域
[0001] 本发明涉及机械领域,具体涉及的是一种齿轮锻造加工用装置。
背景技术
[0002] 较精密的机械齿轮组件,一般都采用锻造方式来进行制作。其操作过程为,使用锻 造加工机进行锻压,将工件放置在锻模内,通过锻造加工机的锻锤来进行锻压。而锻压过程 中锻压模具由于热传导性,使得其本身处于高温状态中,在一次锻压完毕后进行冷却,然后 进行切割使之符合精度要求,相关技术中会使用超声波旋转加工技术进行切割,但是应用 在旋转超声加工装置的变幅杆容易因为应力集中而发生断裂。
发明内容
[0003] 针对上述问题,本发明的目的是提供一种齿轮锻造加工用装置,解决变幅杆容易 因为应力集中而发生断裂的技术问题。
[0004] 为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是一种齿轮锻造加工用装置,包括 框架、旋转变压器、换能器、变幅杆和工具头。所述换能器上方的两侧设置旋转变压器,所述 变幅杆包括上端部分、变截面部分和下端部分,所述上端部分直接连接换能器的底面,所述 下端部分直接连接工具头,所述变截面的形状根据下列公式计算:
Figure CN105945203AD00041
Figure CN105945203AD00042
其中,P(x)为变幅杆的横截面面积函数,k为圆波数,D(x) 为轮廓半径函数,Do为上端部分的半径,PQ为上端部分与变截面部分连接处的横截面面积, Pi为下端部分与变截面部分连接处的横截面面积,下端部分的长度根据下列公式计算:
Figure CN105945203AD00043
[0005] 所述换能器包括前金属盖板、后金属盖板以及厚度方向极化的压电陶瓷圆环,偶 数个所述压电陶瓷圆环共轴连接形成压电陶瓷晶堆,压电陶瓷晶堆中相邻两个压电陶瓷圆 环极化方向相反。根据实际需要设定换能器的共振频率后通过下列公式得到换能器的几何 尺寸:
[0006] (1)所述换能器的等效电路图如图3所示,虚线将整个电路划分为三个部分,分别 为前盖板等效电路、后盖板等效电路和压电陶瓷晶堆等效电路,其中,Z bL和ZfL分别是换能 器后、前两端的负载阻抗,根据实际需要设定;
[0007] (2)所述换能器的振动频率方程为
Figure CN105945203AD00044
[0009]前金属盖板输入机械阻抗为
Figure CN105945203AD00045
后金属盖板输入机械阻抗为 换能器的机械阻抗
Figure CN105945203AD00051
Figure CN105945203AD00052
[0010]
Figure CN105945203AD00053
,Zf = P2C2S2, k2= C〇/C2,C2是前金属盖板中的声速,p2、E2、〇2分别是前金属盖板的密度、杨氏模量和泊松 系数,12和&是前金属盖板的厚度和横截面的面积;
[0011] (3)由于换能器的负载很难确定,因此通常把换能器看成空载,即ZbL = ZfL = 0,若 忽略机械损耗和介电损耗,换能器的共振频率方程为IZiliO;若考虑机械损耗,输入电阻 抗为最小时,换能器的共振频率方程为I Zi | = | Zi |min,通过换能器的振动频率方程计算得到 换能器的具体尺寸;
[0012] ⑷由于换能器的负载很难确定,因此通常把换能器看成空载,g|]ZbL = ZfL = 0,当 输入电阻抗为无效大时,忽略损耗,换能器的反共振频率方程为I Zi | = m;当输入电阻抗为 无效大时,考虑损耗,换能器的反共振频率方程为I Zi | = | Zi | max,通过换能器的振动频率方 程计算得到换能器的具体尺寸;
[0013] 所述换能器还包括外壳、设于外壳上表面的上端盖、设于外壳下表面的下端盖和 固定法兰,所述外壳固定所述压电陶瓷圆环、前金属盖板和后金属盖板,所述上端盖包括固 定柱,所述固定柱设于上端盖的中心轴位置并向上延伸至旋转变压器内,且向下延伸至上 端盖的下方,所述变幅杆向上延伸至换能器的内部,且变幅杆与固定柱之间设有连接件、上 弹簧和下弹簧,所述上弹簧的上端连接固定柱的下端,所述上弹簧的下端连接连接件,所述 下弹簧的上端连接连接件,所述下弹簧的下端连接变幅杆。
[0014] 作为优选,相邻两个压电陶瓷圆环间还设有金属电极,金属电极的厚度为0.02-0.2mm〇
[0015] 作为优选,根据实际需要设定换能器的共振频率后通过下列公式得到换能器的几 何尺寸:(1)首先对换能器的频率方程进行推导:截面AB为位移节面,位移节面AB将换能器 分成两个四分之一波长的振子,即L f+h以及Lb+h均为振动波长的四分之一,每个四分之一 波长的振子都是由压电陶瓷晶片及金属盖板组成,位移节面前与前金属盖板之间的压电陶 瓷进队的长度记为L f,位移节面后与后金属盖板之间的压电陶瓷晶堆的长度记为Lb,若压电 陶瓷晶堆由P个厚度为1的压电陶瓷圆环组成,则有L f+Lb = Pl且1远小于厚度振动的波长。位 移波节前的四分之一波长振子的共振方程为tan(k丄£^&11(1«1 2)=2。/&,位移波节后的四 分之一波长振子的共振方程为tanGO^tanU山)= Ζ。/^,其中,Z。是单个压电陶瓷圆环的 特性阻抗,ljPh分别是后、前金属盖板的厚度;(2)根据实际需要设定共振频率,并通过得 到的共振频率方程得到换能器具体尺寸。
[0016] 作为优选,所述固定法兰的中心轴位置留有开孔,所述开孔的内侧沿其圆周方向 设有包围变幅杆变截面部分的弹性橡胶圈。且所述固定法兰的上表面间隔设有多个可伸缩 结构,并通过可伸缩结构连接所述下端盖。
[0017] 本发明的有益效果:利用形状因数比较所述变幅杆所能达到最大振幅,形状因数 ¥表达式如下:
[0019] 其中,
Figure CN105945203AD00061
>PC为仅与材料有关的变幅杆的材料机械阻抗。
[0020] 通过ANSYS谐响应分析可以获得A值,经计算,所述变幅杆的A值为0.371 X 10_12m/ Pa,设计固有频率和面积因数与所述变幅杆相同的阶梯型变幅杆,计算得到A值为0.090X 10-12m/Pa。
附图说明
[0021] 利用附图对发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制, 对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其 它的附图。
[0022] 图1是本发明的结构示意图。
[0023] 图2是本发明换能器的等效电路图。
[0024] 图3是本发明的压电陶瓷圆环结构示意图。
[0025]图4是本发明的结构示意图。
[0026] 附图标记:1、框架,2、旋转变压器,3、换能器,4、变幅杆,5、工具头。
具体实施方式
[0027] 结合以下实施例对本发明作进一步描述。
[0028] 实施例一
[0029] 本发明的装置,如图1所示,包括框架、旋转变压器、换能器、变幅杆和工具头。所述 换能器上方的两侧设置旋转变压器。
[0030] 相较于指数形状、圆锥形状、悬链线形状等的变幅杆,阶梯型变幅杆放大系数最 大,但是应力分布集中,容易断裂,工作安全性较差。所述变幅杆采用阶梯型,包括上端部 分、变截面部分和下端部分,所述上端部分直接连接换能器的底面,所述下端部分直接连接 工具头。所述变截面的形状根据下列公式计算:
Figure CN105945203AD00062
其中,P(x)为变幅杆的横截面面积函数,k为圆波数,D(x)为轮廓半径函数,Do为上端部 分的半径,Po为上端部分与变截面部分连接处的横截面面积,Pi为下端部分与变截面部分连 接处的横截面面积。
[0031 ]下端部分的长度根据下列公式计算
[0032] 于变幅杆上增加变截面部分可有利于将作用于节面上的应力均匀分散,减少变幅 杆断裂的可能性。
[0033] 所述换能器包括前金属盖板、后金属盖板以及厚度方向极化的压电陶瓷圆环。偶 数个所述压电陶瓷圆环共轴连接形成压电陶瓷晶堆,压电陶瓷晶堆中相邻两个压电陶瓷圆 环极化方向相反,偶数个压电陶瓷圆环连接可使得前金属盖板、后金属盖板与同一极性的 电极连接,同时可与电路的接地端连接,避免前金属盖板、后金属盖板与压电陶瓷晶堆之间 绝缘垫圈的设置。相邻两个压电陶瓷圆环间还设有金属电极,金属电极的厚度为0.02- 0.2mm〇
[0034] 根据实际需要设定换能器的共振频率,通过下列公式得到换能器的几何尺寸:
[0035] (1)所述换能器的等效电路图如图3所示,虚线将整个电路划分为三个部分,分别 为前盖板等效电路、后盖板等效电路和压电陶瓷晶堆等效电路,其中,Z bL和ZfL分别是换能 器后、前两端的负载阻抗,根据实际需要设定;
[0036] (2)所述换能器的振动频率方程为
Figure CN105945203AD00071
[0038] 前金属盖板输入机械阻抗为
Figure CN105945203AD00072
,后金属盖板输入机械阻抗为
Figure CN105945203AD00073
,换能器的机械阻抗为
Figure CN105945203AD00074
[0039]
Figure CN105945203AD00075
k2= C〇/C2,C2是前金属盖板中的声速,p2、E2、〇2分别是前金属盖板的密度、杨氏模量和泊松 系数,12和&是前金属盖板的厚度和横截面的面积;
[0040] (3)由于换能器的负载很难确定,因此通常把换能器看成空载,即ZbL = ZfL = 0,若 忽略机械损耗和介电损耗,换能器的共振频率方程为|Zi |=0;若考虑机械损耗,输入电阻 抗为最小时,换能器的共振频率方程为I Zi | = | Zi |min,通过换能器的振动频率方程计算得到 换能器的具体尺寸;
[0041] (4)由于换能器的负载很难确定,因此通常把换能器看成空载,即ZbL = ZfL = 0,当 输入电阻抗为无效大时,忽略损耗,换能器的反共振频率方程为I Zi | = m;当输入电阻抗为 无效大时,考虑损耗,换能器的反共振频率方程为I Zi | = | Zi | max,通过换能器的振动频率方 程计算得到换能器的具体尺寸。
[0042] 在本实施例中,如图3所示,通过下列方法得到换能器的尺寸:(1)首先对换能器的 频率方程进行推导:截面AB为位移节面,位移节面AB将换能器分成两个四分之一波长的振 子,即L f+12以及Lb+h均为振动波长的四分之一,每个四分之一波长的振子都是由压电陶瓷 晶片及金属盖板组成,位移节面前与前金属盖板之间的压电陶瓷进队的长度记为L f,位移 节面后与后金属盖板之间的压电陶瓷晶堆的长度记为Lb,若压电陶瓷晶堆由P个厚度为1的 压电陶瓷圆环组成,则有L f+Lb = Pl且1远小于厚度振动的波长。位移波节前的四分之一波长 振子的共振方程为tan(k(3Lf )tan(k2l2) =Z〇/Zf,位移波节后的四分之一波长振子的共振方 程为〖311(1^1^)〖311(1^111)=2。/2£,其中,2()是单个压电陶瓷圆环的特性阻抗,11和12分别是 后、前金属盖板的厚度;(2)根据实际需要设定共振频率,并通过得到的共振频率方程得到 换能器具体尺寸。
[0043] 相关技术中,变幅杆作为连接换能器和工具头的中间部件,一般采用螺纹连接,但 是由于螺纹连接存在间隙,振动传输过程中有能量损失,且高频振动易造成螺纹疲劳失效。
[0044] 所述换能器还包括外壳、设于外壳上表面的上端盖、设于外壳下表面的下端盖和 固定法兰,所述外壳固定所述压电陶瓷圆环、前金属盖板和后金属盖板,所述上端盖包括固 定柱,所述固定柱设于上端盖的中心轴位置并向上延伸至旋转变压器内,且向下延伸至上 端盖的下方,实现旋转变压器与换能器的连接。所述变幅杆向上延伸至换能器的内部,且变 幅杆与固定柱之间设有连接件、上弹簧和下弹簧,所述上弹簧的上端连接固定柱的下端,所 述上弹簧的下端连接连接件,所述下弹簧的上端连接连接件,所述下弹簧的下端连接变幅 杆。所述连接件可以为铁块等。通过上弹簧、连接件和下弹簧实现变幅杆与换能器的一体 化,避免使用容易造成疲劳损耗的螺纹连接,工作时,向固定柱传播的超声振动被上弹簧、 下弹簧所吸收,减缓振动能量传向固定柱,避免固定柱与旋转变压器之间的连接受到振动 损耗,最大化地将振动能量传输至变幅杆。
[0045] 所述固定法兰的中心轴位置留有开孔,所述开孔的内侧沿其圆周方向设有包围变 幅杆变截面部分的弹性橡胶圈。且所述固定法兰的上表面间隔设有多个可伸缩结构,并通 过可伸缩结构连接所述下端盖。调节不同的频率时,通过可伸缩结构可使得所述固定法兰 相对换能器上下运动,从而最大限度地保护并固定变幅杆的同时减少变幅杆振动频率的传 递,提尚振动能量的利用率。
[0046] 在本实施例中,所述换能器的前金属盖板和后金属盖板的厚度均为17mm,压电陶 瓷晶堆的厚度为12mm,前金属盖板、后金属盖板和压电陶瓷晶堆的直径均为35mm。
[0047]在本实施例中,所述变幅杆是由钛合金材料制成的,其超声频率为30KHz。
[0048]在本实施例中,所述变幅杆的上端部分的端面直径为30mm,其长度为12mm,下端部 分的端面直径为15mm,其长度为36mm。所述变幅杆与工具头为一体,所述工具头的末端电镀 或烧结金刚砂磨料。
[0049] 利用形状因数-比较所述变幅杆所能达到最大振幅,形状因数-表达式如下:
[0050] ^ ™ ApC,
[0051 ]
Figure CN105945203AD00081
PC为仅与材料有关的变幅杆的材料机械阻抗。
[0052] 通过ANSYS谐响应分析可以获得A值,经计算,所述变幅杆的A值为0.371 X 10_12m/ Pa,设计固有频率和面积因数与所述变幅杆相同的阶梯型变幅杆,计算得到A值为0.090X 10-12m/Pa。
[0053] 实施例二
[0054]本发明的装置,如图1所示,包括框架、旋转变压器、换能器、变幅杆和工具头。所述 换能器上方的两侧设置旋转变压器。
[0055] 相较于指数形状、圆锥形状、悬链线形状等的变幅杆,阶梯型变幅杆放大系数最 大,但是应力分布集中,容易断裂,工作安全性较差。所述变幅杆采用阶梯型,包括上端部 分、变截面部分和下端部分,所述上端部分直接连接换能器的底面,所述下端部分直接连接 工具头。所述变截面的形状根据下列公式计算:
Figure CN105945203AD00082
Figure CN105945203AD00083
其中,P(x)为变幅杆的横截面面积函数,k为圆波数,D(x)为轮廓半径函数,Do为上端部 分的半径,po为上端部分与变截面部分连接处的横截面面积,Pi为下端部分与变截面部分连 接处的横截面面积。
[0056] 下端部分的长度根据下列公式计算:
[0057] 于变幅杆上增加变截面部分可有利于将作用于节面上的应力均匀分散,减少变幅 杆断裂的可能性。
[0058] 所述换能器包括前金属盖板、后金属盖板以及厚度方向极化的压电陶瓷圆环。偶 数个所述压电陶瓷圆环共轴连接形成压电陶瓷晶堆,压电陶瓷晶堆中相邻两个压电陶瓷圆 环极化方向相反,偶数个压电陶瓷圆环连接可使得前金属盖板、后金属盖板与同一极性的 电极连接,同时可与电路的接地端连接,避免前金属盖板、后金属盖板与压电陶瓷晶堆之间 绝缘垫圈的设置。相邻两个压电陶瓷圆环间还设有金属电极,金属电极的厚度为0.02-0.2mm〇
[0059] 根据实际需要设定换能器的共振频率,通过下列公式得到换能器的几何尺寸:
[0060] (1)所述换能器的等效电路图如图2所示,虚线将整个电路划分为三个部分,分别 为前盖板等效电路、后盖板等效电路和压电陶瓷晶堆等效电路,其中,Z bL和ZfL分别是换能 器后、前两端的负载阻抗,根据实际需要设定;
[0061 ] (2)所述换能器的振动频率方程为
Figure CN105945203AD00091
[0063] 前金属盖板输入机械阻抗为
Figure CN105945203AD00092
后金属盖板输入机械阻抗为
Figure CN105945203AD00093
,换能器的机械阻抗为
Figure CN105945203AD00094
[0064]
Figure CN105945203AD00095
k2= C〇/C2,C2是前金属盖板中的声速,p2、E2、〇2分别是前金属盖板的密度、杨氏模量和泊松 系数,12和&是前金属盖板的厚度和横截面的面积;
[0065] (3)由于换能器的负载很难确定,因此通常把换能器看成空载,即ZbL = ZfL = 0,若 忽略机械损耗和介电损耗,换能器的共振频率方程为|Zi |=0;若考虑机械损耗,输入电阻 抗为最小时,换能器的共振频率方程为I Zi | = | Zi |min,通过换能器的振动频率方程计算得到 换能器的具体尺寸;
[0066] (4)由于换能器的负载很难确定,因此通常把换能器看成空载,即ZbL = ZfL = 0,当 输入电阻抗为无效大时,忽略损耗,换能器的反共振频率方程为I Zi | = m;当输入电阻抗为 无效大时,考虑损耗,换能器的反共振频率方程为I Zi | = | Zi | max,通过换能器的振动频率方 程计算得到换能器的具体尺寸。
[0067] 在本实施例中,如图3所示,通过下列方法得到换能器的尺寸:(1)首先对换能器的 频率方程进行推导:截面AB为位移节面,位移节面AB将换能器分成两个四分之一波长的振 子,即L f+12以及Lb+h均为振动波长的四分之一,每个四分之一波长的振子都是由压电陶瓷 晶片及金属盖板组成,位移节面前与前金属盖板之间的压电陶瓷进队的长度记为L f,位移 节面后与后金属盖板之间的压电陶瓷晶堆的长度记为Lb,若压电陶瓷晶堆由P个厚度为1的 压电陶瓷圆环组成,则有L f+Lb = Pl且1远小于厚度振动的波长。位移波节前的四分之一波长 振子的共振方程为tan(k(3Lf )tan(k2l2) =Zo/Zf,位移波节后的四分之一波长振子的共振方 程为〖311(1^1^)〖311(1^111)=2。/2£,其中,2。是单个压电陶瓷圆环的特性阻抗,11和12分别是 后、前金属盖板的厚度;(2)根据实际需要设定共振频率,并通过得到的共振频率方程得到 换能器具体尺寸。
[0068] 相关技术中,变幅杆作为连接换能器和工具头的中间部件,一般采用螺纹连接,但 是由于螺纹连接存在间隙,振动传输过程中有能量损失,且高频振动易造成螺纹疲劳失效。
[0069] 所述换能器还包括外壳、设于外壳上表面的上端盖、设于外壳下表面的下端盖和 固定法兰,所述外壳固定所述压电陶瓷圆环、前金属盖板和后金属盖板,所述上端盖包括固 定柱,所述固定柱设于上端盖的中心轴位置并向上延伸至旋转变压器内,且向下延伸至上 端盖的下方,实现旋转变压器与换能器的连接。所述变幅杆向上延伸至换能器的内部,且变 幅杆与固定柱之间设有连接件、上弹簧和下弹簧,所述上弹簧的上端连接固定柱的下端,所 述上弹簧的下端连接连接件,所述下弹簧的上端连接连接件,所述下弹簧的下端连接变幅 杆。所述连接件可以为铁块等。通过上弹簧、连接件和下弹簧实现变幅杆与换能器的一体 化,避免使用容易造成疲劳损耗的螺纹连接,工作时,向固定柱传播的超声振动被上弹簧、 下弹簧所吸收,减缓振动能量传向固定柱,避免固定柱与旋转变压器之间的连接受到振动 损耗,最大化地将振动能量传输至变幅杆。
[0070] 所述固定法兰的中心轴位置留有开孔,所述开孔的内侧沿其圆周方向设有包围变 幅杆变截面部分的弹性橡胶圈。且所述固定法兰的上表面间隔设有多个可伸缩结构,并通 过可伸缩结构连接所述下端盖。调节不同的频率时,通过可伸缩结构可使得所述固定法兰 相对换能器上下运动,从而最大限度地保护并固定变幅杆的同时减少变幅杆振动频率的传 递,提尚振动能量的利用率。
[0071] 在本实施例中,所述换能器的前金属盖板和后金属盖板的厚度均为18mm,压电陶 瓷晶堆的厚度为13mm,前金属盖板、后金属盖板和压电陶瓷晶堆的直径均为36mm。
[0072]在本实施例中,所述变幅杆是由钛合金材料制成的,其超声频率为30KHz。
[0073]在本实施例中,所述变幅杆的上端部分的端面直径为32mm,其长度为12mm,下端部 分的端面直径为16mm,其长度为37mm。所述变幅杆与工具头为一体,所述工具头的末端电镀 或烧结金刚砂磨料。
[0074] 利用形状因数變比较所述变幅杆所能达到最大振幅,形状因数梁表达式如下:
[0075] 铲
[0076]
Figure CN105945203AD00101
,PC为仅与材料有关的变幅杆的材料机械阻抗。
[0077] 通过ANSYS谐响应分析可以获得A值,经计算,所述变幅杆的A值为0.389 X 10_12m/ Pa,设计固有频率和面积因数与所述变幅杆相同的阶梯型变幅杆,计算得到A值为0.090X 10-12m/Pa。
[0078] 实施例三
[0079] 本发明的装置,如图1所示,包括框架、旋转变压器、换能器、变幅杆和工具头。所述 换能器上方的两侧设置旋转变压器。
[0080] 相较于指数形状、圆锥形状、悬链线形状等的变幅杆,阶梯型变幅杆放大系数最 大,但是应力分布集中,容易断裂,工作安全性较差。所述变幅杆采用阶梯型,包括上端部 分、变截面部分和下端部分,所述上端部分直接连接换能器的底面,所述下端部分直接连接 工具头。所述变截面的形状根据下列公式计算:
Figure CN105945203AD00111
Figure CN105945203AD00112
其中,P(x)为变幅杆的横截面面积函数,k为圆波数,D(x)为轮廓半径函数,Do为上端部 分的半径,po为上端部分与变截面部分连接处的横截面面积,P:为下端部分与变截面部分连 接处的横截面面积。
[0081] 下端部分的长度根据下列公式计算:
[0082] 于变幅杆上增加变截面部分可有利于将作用于节面上的应力均匀分散,减少变幅 杆断裂的可能性。
[0083] 所述换能器包括前金属盖板、后金属盖板以及厚度方向极化的压电陶瓷圆环。偶 数个所述压电陶瓷圆环共轴连接形成压电陶瓷晶堆,压电陶瓷晶堆中相邻两个压电陶瓷圆 环极化方向相反,偶数个压电陶瓷圆环连接可使得前金属盖板、后金属盖板与同一极性的 电极连接,同时可与电路的接地端连接,避免前金属盖板、后金属盖板与压电陶瓷晶堆之间 绝缘垫圈的设置。相邻两个压电陶瓷圆环间还设有金属电极,金属电极的厚度为0.02- 0.2mm〇
[0084] 根据实际需要设定换能器的共振频率,通过下列公式得到换能器的几何尺寸:
[0085] (1)所述换能器的等效电路图如图3所示,虚线将整个电路划分为三个部分,分别 为前盖板等效电路、后盖板等效电路和压电陶瓷晶堆等效电路,其中,Z bL和ZfL分别是换能 器后、前两端的负载阻抗,根据实际需要设定;
[0086] (2)所述换能器的振动频率方程为
Figure CN105945203AD00113
[0088] 前金属盖板输入机械阻抗为
Figure CN105945203AD00114
,后金属盖板输入机械阻抗为
Figure CN105945203AD00115
|换能器的机械阻抗为
Figure CN105945203AD00116
[0089]
Figure CN105945203AD00117
k2= C〇/C2,C2是前金属盖板中的声速,p2、E2、〇2分别是前金属盖板的密度、杨氏模量和泊松 系数,12和&是前金属盖板的厚度和横截面的面积;
[0090] (3)由于换能器的负载很难确定,因此通常把换能器看成空载,即ZbL = ZfL = 0,若 忽略机械损耗和介电损耗,换能器的共振频率方程为|Zi |=0;若考虑机械损耗,输入电阻 抗为最小时,换能器的共振频率方程为I Zi | = | Zi |min,通过换能器的振动频率方程计算得到 换能器的具体尺寸;
[0091] (4)由于换能器的负载很难确定,因此通常把换能器看成空载,即ZbL = ZfL = 0,当 输入电阻抗为无效大时,忽略损耗,换能器的反共振频率方程为I Zi | = m;当输入电阻抗为 无效大时,考虑损耗,换能器的反共振频率方程为I Zi | = | Zi | max,通过换能器的振动频率方 程计算得到换能器的具体尺寸。
[0092] 在本实施例中,如图3所示,通过下列方法得到换能器的尺寸:(1)首先对换能器的 频率方程进行推导:截面AB为位移节面,位移节面AB将换能器分成两个四分之一波长的振 子,即Lf+12以及Lb+h均为振动波长的四分之一,每个四分之一波长的振子都是由压电陶瓷 晶片及金属盖板组成,位移节面前与前金属盖板之间的压电陶瓷进队的长度记为Lf,位移 节面后与后金属盖板之间的压电陶瓷晶堆的长度记为L b,若压电陶瓷晶堆由P个厚度为1的 压电陶瓷圆环组成,则有Lf+Lb = Pl且1远小于厚度振动的波长。位移波节前的四分之一波长 振子的共振方程为tan(k(3Lf )tan(k2l2) =Z〇/Zf,位移波节后的四分之一波长振子的共振方 程为〖311(1^1^)〖311(1^111)=2。/2£,其中,2。是单个压电陶瓷圆环的特性阻抗,11和12分别是 后、前金属盖板的厚度;(2)根据实际需要设定共振频率,并通过得到的共振频率方程得到 换能器具体尺寸。
[0093] 相关技术中,变幅杆作为连接换能器和工具头的中间部件,一般采用螺纹连接,但 是由于螺纹连接存在间隙,振动传输过程中有能量损失,且高频振动易造成螺纹疲劳失效。
[0094] 所述换能器还包括外壳、设于外壳上表面的上端盖、设于外壳下表面的下端盖和 固定法兰,所述外壳固定所述压电陶瓷圆环、前金属盖板和后金属盖板,所述上端盖包括固 定柱,所述固定柱设于上端盖的中心轴位置并向上延伸至旋转变压器内,且向下延伸至上 端盖的下方,实现旋转变压器与换能器的连接。所述变幅杆向上延伸至换能器的内部,且变 幅杆与固定柱之间设有连接件、上弹簧和下弹簧,所述上弹簧的上端连接固定柱的下端,所 述上弹簧的下端连接连接件,所述下弹簧的上端连接连接件,所述下弹簧的下端连接变幅 杆。所述连接件可以为铁块等。通过上弹簧、连接件和下弹簧实现变幅杆与换能器的一体 化,避免使用容易造成疲劳损耗的螺纹连接,工作时,向固定柱传播的超声振动被上弹簧、 下弹簧所吸收,减缓振动能量传向固定柱,避免固定柱与旋转变压器之间的连接受到振动 损耗,最大化地将振动能量传输至变幅杆。
[0095] 所述固定法兰的中心轴位置留有开孔,所述开孔的内侧沿其圆周方向设有包围变 幅杆变截面部分的弹性橡胶圈。且所述固定法兰的上表面间隔设有多个可伸缩结构,并通 过可伸缩结构连接所述下端盖。调节不同的频率时,通过可伸缩结构可使得所述固定法兰 相对换能器上下运动,从而最大限度地保护并固定变幅杆的同时减少变幅杆振动频率的传 递,提尚振动能量的利用率。
[0096] 在本实施例中,所述换能器的前金属盖板和后金属盖板的厚度均为16mm,压电陶 瓷晶堆的厚度为11mm,前金属盖板、后金属盖板和压电陶瓷晶堆的直径均为32mm。
[0097]在本实施例中,所述变幅杆是由钛合金材料制成的,其超声频率为30KHz。
[0098]在本实施例中,所述变幅杆的上端部分的端面直径为28mm,其长度为10mm,下端部 分的端面直径为13mm,其长度为32mm。所述变幅杆与工具头为一体,所述工具头的末端电镀 或烧结金刚砂磨料。
[0099] 利用形状因数變比较所述变幅杆所能达到最大振幅,形状因数警表达式如下:
[0100] p - .Jpc,
[0101]
Figure CN105945203AD00121
C为仅与材料有关的变幅杆的材料机械阻抗。
[0102] 通过ANSYS谐响应分析可以获得A值,经计算,所述变幅杆的A值为0.365 X 10_12m/ Pa,设计固有频率和面积因数与所述变幅杆相同的阶梯型变幅杆,计算得到A值为0.090X 10-12m/Pa。
[0103] 实施例四
[0104] 本发明的装置,如图1所示,包括框架、旋转变压器、换能器、变幅杆和工具头。所述 换能器上方的两侧设置旋转变压器。
[0105] 相较于指数形状、圆锥形状、悬链线形状等的变幅杆,阶梯型变幅杆放大系数最 大,但是应力分布集中,容易断裂,工作安全性较差。所述变幅杆采用阶梯型,包括上端部 分、变截面部分和下端部分,所述上端部分直接连接换能器的底面,所述下端部分直接连接 工具头。所述变截面的形状根据下列公式计算:
Figure CN105945203AD00131
其中,P(x)为变幅杆的横截面面积函数,k为圆波数,D(x)为轮廓半径函数,Do为上端部 分的半径,Po为上端部分与变截面部分连接处的横截面面积,Pi为下端部分与变截面部分连 接处的横截面面积。
[0106] 下端部分的长度根据下列公式计算:
Figure CN105945203AD00132
[0107] 于变幅杆上增加变截面部分可有利于将作用于节面上的应力均匀分散,减少变幅 杆断裂的可能性。
[0108] 所述换能器包括前金属盖板、后金属盖板以及厚度方向极化的压电陶瓷圆环。偶 数个所述压电陶瓷圆环共轴连接形成压电陶瓷晶堆,压电陶瓷晶堆中相邻两个压电陶瓷圆 环极化方向相反,偶数个压电陶瓷圆环连接可使得前金属盖板、后金属盖板与同一极性的 电极连接,同时可与电路的接地端连接,避免前金属盖板、后金属盖板与压电陶瓷晶堆之间 绝缘垫圈的设置。相邻两个压电陶瓷圆环间还设有金属电极,金属电极的厚度为0.02-0.2mm〇
[0109] 根据实际需要设定换能器的共振频率,通过下列公式得到换能器的几何尺寸:
[0110] (1)所述换能器的等效电路图如图2所示,虚线将整个电路划分为三个部分,分别 为前盖板等效电路、后盖板等效电路和压电陶瓷晶堆等效电路,其中,Z bL和ZfL分别是换能 器后、前两端的负载阻抗,根据实际需要设定; (2)所述换能器的振动频率方程为
Figure CN105945203AD00133
[0113] 前金属盖板输入机械阻抗为
Figure CN105945203AD00134
后金属盖板输入机械阻抗为
Figure CN105945203AD00135
,换能器的机械阻抗为:
Figure CN105945203AD00136
[0114]
Figure CN105945203AD00137
k2= C〇/C2,C2是前金属盖板中的声速,p2、E2、〇2分别是前金属盖板的密度、杨氏模量和泊松 系数,12和&是前金属盖板的厚度和横截面的面积;
[0115] (3)由于换能器的负载很难确定,因此通常把换能器看成空载,即ZbL = ZfL = 0,若 忽略机械损耗和介电损耗,换能器的共振频率方程为IZiliO;若考虑机械损耗,输入电阻 抗为最小时,换能器的共振频率方程为I Zi | = | Zi |min,通过换能器的振动频率方程计算得到 换能器的具体尺寸;
[0116] (4)由于换能器的负载很难确定,因此通常把换能器看成空载,即ZbL = ZfL = 0,当 输入电阻抗为无效大时,忽略损耗,换能器的反共振频率方程为I Zi | = m ;当输入电阻抗为 无效大时,考虑损耗,换能器的反共振频率方程为I Zi | = | Zi | max,通过换能器的振动频率方 程计算得到换能器的具体尺寸。
[0117] 在本实施例中,如图3所示,通过下列方法得到换能器的尺寸:(1)首先对换能器的 频率方程进行推导:截面AB为位移节面,位移节面AB将换能器分成两个四分之一波长的振 子,即L f+12以及Lb+h均为振动波长的四分之一,每个四分之一波长的振子都是由压电陶瓷 晶片及金属盖板组成,位移节面前与前金属盖板之间的压电陶瓷进队的长度记为L f,位移 节面后与后金属盖板之间的压电陶瓷晶堆的长度记为Lb,若压电陶瓷晶堆由P个厚度为1的 压电陶瓷圆环组成,则有L f+Lb = Pl且1远小于厚度振动的波长。位移波节前的四分之一波长 振子的共振方程为tan(k(3Lf )tan(k2l2) =Z〇/Zf,位移波节后的四分之一波长振子的共振方 程为〖311(1^1^)〖311(1^111)=2。/2£,其中,2。是单个压电陶瓷圆环的特性阻抗,11和12分别是 后、前金属盖板的厚度;(2)根据实际需要设定共振频率,并通过得到的共振频率方程得到 换能器具体尺寸。
[0118] 相关技术中,变幅杆作为连接换能器和工具头的中间部件,一般采用螺纹连接,但 是由于螺纹连接存在间隙,振动传输过程中有能量损失,且高频振动易造成螺纹疲劳失效。 [0119]所述换能器还包括外壳、设于外壳上表面的上端盖、设于外壳下表面的下端盖和 固定法兰,所述外壳固定所述压电陶瓷圆环、前金属盖板和后金属盖板,所述上端盖包括固 定柱,所述固定柱设于上端盖的中心轴位置并向上延伸至旋转变压器内,且向下延伸至上 端盖的下方,实现旋转变压器与换能器的连接。所述变幅杆向上延伸至换能器的内部,且变 幅杆与固定柱之间设有连接件、上弹簧和下弹簧,所述上弹簧的上端连接固定柱的下端,所 述上弹簧的下端连接连接件,所述下弹簧的上端连接连接件,所述下弹簧的下端连接变幅 杆。所述连接件可以为铁块等。通过上弹簧、连接件和下弹簧实现变幅杆与换能器的一体 化,避免使用容易造成疲劳损耗的螺纹连接,工作时,向固定柱传播的超声振动被上弹簧、 下弹簧所吸收,减缓振动能量传向固定柱,避免固定柱与旋转变压器之间的连接受到振动 损耗,最大化地将振动能量传输至变幅杆。
[0120] 所述固定法兰的中心轴位置留有开孔,所述开孔的内侧沿其圆周方向设有包围变 幅杆变截面部分的弹性橡胶圈。且所述固定法兰的上表面间隔设有多个可伸缩结构,并通 过可伸缩结构连接所述下端盖。调节不同的频率时,通过可伸缩结构可使得所述固定法兰 相对换能器上下运动,从而最大限度地保护并固定变幅杆的同时减少变幅杆振动频率的传 递,提尚振动能量的利用率。
[0121] 在本实施例中,所述换能器的前金属盖板和后金属盖板的厚度均为20mm,压电陶 瓷晶堆的厚度为15mm,前金属盖板、后金属盖板和压电陶瓷晶堆的直径均为39mm。
[0122] 在本实施例中,所述变幅杆是由钛合金材料制成的,其超声频率为30KHz。
[0123] 在本实施例中,所述变幅杆的上端部分的端面直径为25mm,其长度为10mm,下端部 分的端面直径为l〇mm,其长度为30mm。所述变幅杆与工具头为一体,所述工具头的末端电镀 或烧结金刚砂磨料。
[0124] 利用形状因数#比较所述变幅杆所能达到最大振幅,形状因数#表达式如下:
[0125] ^
[0126]
Figure CN105945203AD00151
,PC为仅与材料有关的变幅杆的材料机械阻抗。
[0127] 通过ANSYS谐响应分析可以获得A值,经计算,所述变幅杆的A值为0.326 X 10_12m/ Pa,设计固有频率和面积因数与所述变幅杆相同的阶梯型变幅杆,计算得到A值为0.090X 10-12m/Pa。
[0128] 实施例五
[0129] 本发明的装置,如图1所示,包括框架、旋转变压器、换能器、变幅杆和工具头。所述 换能器上方的两侧设置旋转变压器。
[0130] 相较于指数形状、圆锥形状、悬链线形状等的变幅杆,阶梯型变幅杆放大系数最 大,但是应力分布集中,容易断裂,工作安全性较差。所述变幅杆采用阶梯型,包括上端部 分、变截面部分和下端部分,所述上端部分直接连接换能器的底面,所述下端部分直接连接 工具头。所述变截面的形状根据下列公式计算:
Figure CN105945203AD00152
Figure CN105945203AD00153
其中,P(x)为变幅杆的横截面面积函数,k为圆波数,D(x)为轮廓半径函数,Do为上端部 分的半径,Po为上端部分与变截面部分连接处的横截面面积,Pi为下端部分与变截面部分连 接处的横截面面积。
[0131] 下端部分的长度根据下列公式计算:
[0132] 于变幅杆上增加变截面部分可有利于将作用于节面上的应力均匀分散,减少变幅 杆断裂的可能性。
[0133] 所述换能器包括前金属盖板、后金属盖板以及厚度方向极化的压电陶瓷圆环。偶 数个所述压电陶瓷圆环共轴连接形成压电陶瓷晶堆,压电陶瓷晶堆中相邻两个压电陶瓷圆 环极化方向相反,偶数个压电陶瓷圆环连接可使得前金属盖板、后金属盖板与同一极性的 电极连接,同时可与电路的接地端连接,避免前金属盖板、后金属盖板与压电陶瓷晶堆之间 绝缘垫圈的设置。相邻两个压电陶瓷圆环间还设有金属电极,金属电极的厚度为0.02-0.2mm〇
[0134] 根据实际需要设定换能器的共振频率,通过下列公式得到换能器的几何尺寸:
[0135] (1)所述换能器的等效电路图如图2所示,虚线将整个电路划分为三个部分,分别 为前盖板等效电路、后盖板等效电路和压电陶瓷晶堆等效电路,其中,Z bL和ZfL分别是换能 器后、前两端的负载阻抗,根据实际需要设定;
[0136] (2)所述换能器的振动频率方程为
Figure CN105945203AD00154
[0138] 前金属盖板输入机械阻抗为
Figure CN105945203AD00155
,后金属盖板输入机械阻抗为
Figure CN105945203AD00156
换能器的机械阻抗为
Figure CN105945203AD00157
[0139]
,Zf = P2C2S2, k2= C〇/C2,C2是前金属盖板中的声速,p2、E2、〇2分别是前金属盖板的密度、杨氏模量和泊松 系数,12和&是前金属盖板的厚度和横截面的面积;
[0140] (3)由于换能器的负载很难确定,因此通常把换能器看成空载,即ZbL = ZfL = 0,若 忽略机械损耗和介电损耗,换能器的共振频率方程为IZiliO;若考虑机械损耗,输入电阻 抗为最小时,换能器的共振频率方程为I Zi | = | Zi |min,通过换能器的振动频率方程计算得到 换能器的具体尺寸;
[0141] (4)由于换能器的负载很难确定,因此通常把换能器看成空载,即ZbL = ZfL = 0,当 输入电阻抗为无效大时,忽略损耗,换能器的反共振频率方程为I Zi | = m;当输入电阻抗为 无效大时,考虑损耗,换能器的反共振频率方程为I Zi | = | Zi | max,通过换能器的振动频率方 程计算得到换能器的具体尺寸。
[0142] 在本实施例中,如图3所示,通过下列方法得到换能器的尺寸:(1)首先对换能器的 频率方程进行推导:截面AB为位移节面,位移节面AB将换能器分成两个四分之一波长的振 子,即L f+12以及Lb+h均为振动波长的四分之一,每个四分之一波长的振子都是由压电陶瓷 晶片及金属盖板组成,位移节面前与前金属盖板之间的压电陶瓷进队的长度记为L f,位移 节面后与后金属盖板之间的压电陶瓷晶堆的长度记为Lb,若压电陶瓷晶堆由P个厚度为1的 压电陶瓷圆环组成,则有L f+Lb = pl且1远小于厚度振动的波长。位移波节前的四分之一波长 振子的共振方程为tan(k(3Lf )tan(k2l2) =Z〇/Zf,位移波节后的四分之一波长振子的共振方 程为〖311(1^1^)〖311(1^111)=2。/2£,其中,2。是单个压电陶瓷圆环的特性阻抗,11和12分别是 后、前金属盖板的厚度;(2)根据实际需要设定共振频率,并通过得到的共振频率方程得到 换能器具体尺寸。
[0143] 相关技术中,变幅杆作为连接换能器和工具头的中间部件,一般采用螺纹连接,但 是由于螺纹连接存在间隙,振动传输过程中有能量损失,且高频振动易造成螺纹疲劳失效。
[0144] 所述换能器还包括外壳、设于外壳上表面的上端盖、设于外壳下表面的下端盖和 固定法兰,所述外壳固定所述压电陶瓷圆环、前金属盖板和后金属盖板,所述上端盖包括固 定柱,所述固定柱设于上端盖的中心轴位置并向上延伸至旋转变压器内,且向下延伸至上 端盖的下方,实现旋转变压器与换能器的连接。所述变幅杆向上延伸至换能器的内部,且变 幅杆与固定柱之间设有连接件、上弹簧和下弹簧,所述上弹簧的上端连接固定柱的下端,所 述上弹簧的下端连接连接件,所述下弹簧的上端连接连接件,所述下弹簧的下端连接变幅 杆。所述连接件可以为铁块等。通过上弹簧、连接件和下弹簧实现变幅杆与换能器的一体 化,避免使用容易造成疲劳损耗的螺纹连接,工作时,向固定柱传播的超声振动被上弹簧、 下弹簧所吸收,减缓振动能量传向固定柱,避免固定柱与旋转变压器之间的连接受到振动 损耗,最大化地将振动能量传输至变幅杆。
[0145] 所述固定法兰的中心轴位置留有开孔,所述开孔的内侧沿其圆周方向设有包围变 幅杆变截面部分的弹性橡胶圈。且所述固定法兰的上表面间隔设有多个可伸缩结构,并通 过可伸缩结构连接所述下端盖。调节不同的频率时,通过可伸缩结构可使得所述固定法兰 相对换能器上下运动,从而最大限度地保护并固定变幅杆的同时减少变幅杆振动频率的传 递,提尚振动能量的利用率。
[0146] 在本实施例中,所述换能器的前金属盖板和后金属盖板的厚度均为17mm,压电陶 瓷晶堆的厚度为12mm,前金属盖板、后金属盖板和压电陶瓷晶堆的直径均为35mm。
[0147] 在本实施例中,所述变幅杆是由钛合金材料制成的,其超声频率为30KHz。
[0148] 在本实施例中,所述变幅杆的上端部分的端面直径为40mm,其长度为25mm,下端部 分的端面直径为21mm,其长度为40mm。所述变幅杆与工具头为一体,所述工具头的末端电镀 或烧结金刚砂磨料。
[0149] 利用形状因数變比较所述变幅杆所能达到最大振幅,形状因数譽达式如下:
[0150] 穸二為〇€,
[0151]
为仅与材料有关的变幅杆的材料机械阻抗。
[0152] 通过ANSYS谐响应分析可以获得Α值,经计算,所述变幅杆的Α值为0.402 X 10_12m/ Pa,设计固有频率和面积因数与所述变幅杆相同的阶梯型变幅杆,计算得到A值为0.090X 10-12m/Pa。
[0153] 最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对本发明保 护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,本领域的普通技术人员应 当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实 质和范围。

Claims (7)

1. 一种齿轮锻造加工用装置,其特征在于,包括预锻模组件和精锻模组件;精锻模组件 包括用于锻造行星齿轮球面的精锻凹模,和用于锻造行星齿轮齿形的精锻齿模;精锻凹模 外侧套设精锻凹模应力圈,两者过盈配合;精锻齿模外侧套设精锻齿模应力圈,两者构成过 盈配合;所述精锻齿模中心设置通孔,通孔内装有精锻顶冲,两者构成滑动配合;所述的精 锻凹模上设置与待加工油槽形状、位置吻合的凸起;凸起有多个,并由精锻凹模(21)中心均 匀向外发散。
2. 根据权利要求1所述的一种齿轮锻造加工用装置,其特征在于,预锻模组件包括用于 锻造行星齿轮球面的预锻凹模,和用于锻造行星齿轮齿形的预锻齿模;预锻凹模外侧套设 预锻凹模应力圈,两者过盈配合;预锻齿模外侧套设预锻齿模应力圈,两者构成过盈配合; 所述预锻齿模中心设置通孔,通孔内装有预锻顶冲,两者构成滑动配合。
3. 根据权利要求2所述的一种齿轮锻造加工用装置,其特征在于,所述的两凹模与对应 的凹模应力圈的接触面呈顶部朝下的圆锥面;所述两齿模与对应的齿模应力圈的接触面呈 顶部朝上的圆锥面;所述两凹模应力圈外侧面上部分别设置上凸沿,所述两齿模应力圈的 外侧面下部分别设置下凸沿。
4. 根据权利要求3所述的一种齿轮锻造加工用装置,其特征在于,,包括框架、旋转变压 器、换能器、变幅杆和工具头;所述换能器上方的两侧设置旋转变压器,所述变幅杆包括上 端部分、变截面部分和下端部分,所述上端部分直接连接换能器的底面,所述下端部分直接
Figure CN105945203AC00021
连接工具头,所述变截面的形状根据下列公式计算:
Figure CN105945203AC00022
其中,P(x)为变幅杆的横截面面积函数,k为圆波数,D(x)为轮廓半径函数,Do , 为上端部分的半径,Po为上端部分与变截面部分连接处的横截面面积,朽为下端部分与变截 面部分连接处的横截面面积,下端部分的长度根据下列公式计算
Figure CN105945203AC00023
;所述换能 器包括前金属盖板、后金属盖板以及厚度方向极化的压电陶瓷圆环,偶数个所述压电陶瓷 圆环共轴连接形成压电陶瓷晶堆,压电陶瓷晶堆中相邻两个压电陶瓷圆环极化方向相反; 根据实际需要设定换能器的共振频率后通过下列公式得到换能器的几何尺寸: (1) 所述换能器的等效电路图,虚线将整个电路划分为三个部分,分别为前盖板等效电 路、后盖板等效电路和压电陶瓷晶堆等效电路,其中,Z bL和ZfL分别是换能器后、前两端的负 载阻抗,根据实际需要设定; (2) 所述换能器的振动频率方程为
Figure CN105945203AC00024
前金属盖板输入机械阻抗为
Figure CN105945203AC00025
,后金属盖板输入机械阻抗为
Figure CN105945203AC00026
Figure CN105945203AC00027
?Zf = P2〇2S2 ?k2 = ω/〇2,〇2是前金属盖板中的声速,P2、E2、〇2分别是前金属盖板的密度、杨氏模量和泊松系数, h和&是前金属盖板的厚度和横截面的面积; (3) 由于换能器的负载很难确定,因此通常把换能器看成空载,即ZbL = ZfL = 0,若忽略机 械损耗和介电损耗,换能器的共振频率方程为|Zi 1=0;若考虑机械损耗,输入电阻抗为最 小时,换能器的共振频率方程为I Zi | = | Zi | _,通过换能器的振动频率方程计算得到换能器 的具体尺寸; (4) 由于换能器的负载很难确定,因此通常把换能器看成空载,即ZbL = ZfL = 0,当输入电 阻抗为无效大时,忽略损耗,换能器的反共振频率方程为I Zi | = m;当输入电阻抗为无效大 时,考虑损耗,换能器的反共振频率方程为|Zi| = IZikx,通过换能器的振动频率方程计算 得到换能器的具体尺寸; 所述换能器还包括外壳、设于外壳上表面的上端盖、设于外壳下表面的下端盖和固定 法兰,所述外壳固定所述压电陶瓷圆环、前金属盖板和后金属盖板,所述上端盖包括固定 柱,所述固定柱设于上端盖的中心轴位置并向上延伸至旋转变压器内,且向下延伸至上端 盖的下方,所述变幅杆向上延伸至换能器的内部,且变幅杆与固定柱之间设有连接件、上弹 簧和下弹簧,所述上弹簧的上端连接固定柱的下端,所述上弹簧的下端连接连接件,所述下 弹簧的上端连接连接件,所述下弹簧的下端连接变幅杆。
5. 根据权利要求4所述的一种齿轮锻造加工用装置,其特征在于,相邻两个压电陶瓷圆 环间还设有金属电极,金属电极的厚度为0.02-0.2mm。
6. 根据权利要求5所述的一种齿轮锻造加工用装置,其特征在于,根据实际需要设定换 能器的共振频率后通过下列公式得到换能器的几何尺寸:(1)首先对换能器的频率方程进 行推导:截面AB为位移节面,位移节面AB将换能器分成两个四分之一波长的振子,即L f+h以 及Lb+h均为振动波长的四分之一,每个四分之一波长的振子都是由压电陶瓷晶片及金属盖 板组成,位移节面前与前金属盖板之间的压电陶瓷进队的长度记为L f,位移节面后与后金 属盖板之间的压电陶瓷晶堆的长度记为U,若压电陶瓷晶堆由P个厚度为1的压电陶瓷圆环 组成,则有L f+Lb = Pl且1远小于厚度振动的波长。位移波节前的四分之一波长振子的共振方 程为1&11(1^# &11(1«12)=2。/^,位移波节后的四分之一波长振子的共振方程为七&11(10^) tan(k山)=Ζ。/^,其中,Z〇是单个压电陶瓷圆环的特性阻抗,ljPl2分别是后、前金属盖板 的厚度;(2)根据实际需要设定共振频率,并通过得到的共振频率方程得到换能器具体尺 寸。
7. 根据权利要求6所述的一种齿轮锻造加工用装置,其特征在于,所述固定法兰的中心 轴位置留有开孔,所述开孔的内侧沿其圆周方向设有包围变幅杆变截面部分的弹性橡胶 圈。且所述固定法兰的上表面间隔设有多个可伸缩结构,并通过可伸缩结构连接所述下端 盖。
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