CN109909142A - 超声波传递单元 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种超声波传递单元，其固定位置径向和轴向振动极小。根据本发明一方面的超声波传递单元，包括调幅器，其还包括设置在所述调幅器波节位置上的节点结构，所述节点结构包括环绕所述波节位置的法兰盘、在所述法兰盘上伸出的以所述调幅器轴线为轴线的薄壁圆环结构、在所述薄壁圆环结构的自由末端设置的装配环。

Description

超声波传递单元

技术领域

本发明涉及超声波传递单元。

背景技术

超声调幅器，又称超声变幅杆、超声聚能器，通常为变截面杆，连接超声换能器和负载，将机械振动进行放大，产生聚能作用，使超声能量有效地从换能器向负载传输。传统的调幅器结构工艺上，通常是在调幅器波节平面处加带一个法兰盘，利用法兰盘将超声振动系统固定在设备上。

目前，需要设计一种超声滚动焊接系统，传统的调幅器结构由于在波节处存在径向振动，法兰盘和调幅器之间需要保留较大的间隙以避免能量损耗，不能实现紧密配合，难以避免焊头径向跳动或不均匀转动，因此传统的调幅器结构明显已无法满足超声滚动焊接的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声波传递单元，其固定位置处轴向和径向振动均极小。

根据本发明一方面的超声波传递单元，包括调幅器，其还包括设置在所述调幅器波节位置上的节点结构，所述节点结构包括环绕所述波节位置的法兰盘、在所述法兰盘上伸出的以所述调幅器轴线为轴线的薄壁圆环结构、在所述薄壁圆环结构的自由末端设置的装配环。

在一个实施例中，所述调幅器为等截面杆或者变截面杆。

在一个实施例中，所述薄壁圆环结构包括一个圆环或者多个保持间隙的圆环。

在一个实施例中，所述节点结构与所述调幅器为一体件。

在一个实施例中，所述节点结构与所述调幅器为分体件并紧固连接。

在一个实施例中，所述薄壁圆环结构自所述法兰盘的盘边伸出。

在一个实施例中，所述薄壁圆环结构包括自所述法兰盘上伸出的第一圆环、以及自所述第一圆环折返延伸的第二圆环。

在一个实施例中，所述环形为直筒或者锥筒结构。

在一个实施例中，薄壁圆环结构的壁厚在4mm以内。

不同于现有的超声调幅器加装法兰盘的结构工艺，本发明采用在调幅器波节面处增加径向凸缘，在径向凸缘上进一步生成薄壁圆环结构，在薄壁圆环结构的末端设置装配环，装配环的径向、轴向振动实质上可以忽略，减少甚至规避了径向跳动或不均匀转动，因此可以被固定夹持，并用于传递扭矩，使得调幅器一方面可以支持超声波焊头的超声振动，另一方面可以接受扭矩，将扭矩传递给超声波焊头，进行滚动焊接。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是实施例1中超声波传递单元的示意图。

图2是沿图1中A－A线的半剖视图。

图3是实施例1中超声波传递单元的模态分析云图。

图4是实施例2中超声波传递单元的示意图。

图5是沿图4中B－B线的半剖视图。

图6是实施例3中超声波传递单元的示意图。

图7是沿图6中C－C线的半剖视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

如图1所示，超声波传递单元包括调幅器1和节点结构2，调幅器1两端11、12为相对于调幅器1本体直径缩小，调幅器1本体为等截面结构，调幅器1以沿轴线中心对称为对称结构，调幅器1实质上不放大或者缩小超声波。在另一实施例中，调幅器1剖面形状可以是指数形、悬链线形、阶梯形和圆锥形等变截面形状，也可以是几种形状组合而成的复合型形状。对于图1所示的实施例，调幅器1两端11、12也可以与其本体等径或者直径扩大。

节点结构2设置在调幅器1的波节位置，在该位置，调幅器1的轴向振动实质上为0，仅存在径向振动。

如图2所示，波节位置10位于调幅器1的轴向的接近中间的位置。节点结构2与调幅器1为一体，节点结构2包括环绕波节位置10的法兰盘21、在法兰盘21上伸出的以调幅器1轴线为轴线的薄壁圆环结构22、在薄壁圆环结构22的自由末端设置的装配环23。薄壁圆环结构22可以是连续的环形或者是绕圆周分布的离散结构，在图中为连续的环形。薄壁圆环结构22可以是直筒状，也可以是锥筒状。装配环23可以设置在薄壁圆环结构22的自由末端的外周侧，或者内周侧，一般设置在外周侧，装配环23可以是在周向连续的结构或者离散的结构，其适合于被夹持，也可以在其外环面上设置键槽。装配环23的轴向可以被夹持固定而外圆周方向可以精密配合，易于控制精度。

薄壁圆环结构22的壁厚可以控制在4mm以内，其壁厚远远小于其轴向长度或者周向长度，其壁厚取决于材料的强度以及要传递的额定扭矩，因此其厚度不限于为4mm，可以根据实际的情况作调整。将装配环23与图中未示出的旋转体连接之后，旋转体就可以带动该超声波传递单元一起旋转，或者反之也可以。在传递旋转运动或者扭矩的同时，超声波不会被传递到旋转体，由于节点结构2的形状因素，超声波在其节点结构2无论是纵向或横向的振动几乎衰减为零。图3示出了图1、图2所示的超声波传递单元的模态分析结果，图中颜色越深的位置，超声波能量越强，或者说振幅越大，可以看出，在节点结构2的自由末端，振幅几乎可以忽略。因此节点结构2可以在传递超声波的同时还可以传递扭矩。超声波传递单元的任一端可以与超声波焊头连接，在工作时，由于节点结构2的存在，因此即便超声波焊头随节点结构2转动，实施滚动焊接，超声波焊头也不会存在径向跳动，导致焊接不均匀的情况。

调幅器1与节点结构2可以是钛合金或者铝合金，也不排除是钢材料成型，其可以机械切削加工成型，也可以是铸造成型，或者其他成型工艺成型。

调幅器1的结构因素还可以存在其他变化，例如调幅器1为空心结构，再如调幅器1的两端可以设置凸台或者凹孔。调幅器1的两端11、12的任一端可以用做超声波输入端，另一端用做超声波输出端。

图4和图5示出了实施例2，本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例，本实施例不再重复赘述。与实施例1不同的是，节点结构2与调幅器1是分体件，二者由紧固件24连接。具体而言，在调幅器1的波节位置10处设置连接孔，在法兰盘21上对应设置径向延伸的穿孔，紧固件24穿过该穿孔再与连接孔连接。其同样可以起到前述实施例的技术效果，即在装配环23的位置超声波振幅衰减为0，因此可以被装配在旋转体上，用于传递扭矩同时隔离超声波振动。

图6和图7示出了实施例3，本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前述实施例，本实施例不再重复赘述。其中的薄壁圆环结构包括两层间隔开的圆环，即第一圆环221、第二圆环220，第一圆环221自法兰盘21的边缘垂直伸出，而第二圆环220在第一圆环221的自由末端折返延伸，在第二圆环220的自由末端设置装配环23。其同样可以起到前述的技术效果，即在装配环23的位置超声波振幅衰减为0，因此可以被装配在旋转体上，用于传递扭矩同时隔离超声波振动。该实施例存在一些变化，例如第二圆环220不一定要折返，可以与第一圆环221呈台阶状延伸。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (9)

1.超声波传递单元，包括调幅器，其特征在于，还包括设置在所述调幅器波节位置上的节点结构，所述节点结构包括环绕所述波节位置的法兰盘、在所述法兰盘上伸出的以所述调幅器轴线为轴线的薄壁圆环结构、在所述薄壁圆环结构的自由末端设置的装配环。

2.如权利要求1所述的超声波传递单元，其特征在于，所述调幅器为等截面杆或者变截面杆。

3.如权利要求1所述的超声波传递单元，其特征在于，所述薄壁圆环结构包括一个圆环或者多个保持间隙的圆环。

4.如权利要求1所述的超声波传递单元，其特征在于，所述节点结构与所述调幅器为一体件。

5.如权利要求1所述的超声波传递单元，其特征在于，所述节点结构与所述调幅器为分体件并紧固连接。

6.如权利要求1所述的超声波传递单元，其特征在于，所述薄壁圆环结构自所述法兰盘的盘边伸出。

7.如权利要求1所述的超声波传递单元，其特征在于，所述薄壁圆环结构包括自所述法兰盘上伸出的第一圆环、以及自所述第一圆环折返延伸的第二圆环。

8.如权利要求3所述的超声波传递单元，其特征在于，所述圆环为直筒或者锥筒结构。

9.如权利要求1所述的超声波传递单元，其特征在于，薄壁圆环结构的壁厚在4mm以内。