CN113707117A - 一种用于声波发射的膜片预应力调节装置 - Google Patents

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张庆彬
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Abstract

一种用于声波发射的可调预应力膜片装置，包括相互连接的固定法兰及膜片法兰，膜片法兰内设有膜片，磁致伸缩换能器底端分别穿过基座、磁致伸缩换能器垫片、弹簧、磁致伸缩换能器支撑架及橡胶垫正中，与膜片顶部相连接；通过调节第一螺丝旋进来调节膜片因形变而产生的应力，膜片产生的应力就是对膜片施加的预应力，磁致伸缩换能器的换能器节点法兰处为变幅杆节点，通电后，当磁致伸缩换能器发生共振时，此处无振动，可防止第一螺丝因高频振动而脱落；弹簧可进一步吸收共振的能量，避免壳体共振所造成的结构损坏，安全性较高，具有预应力足够大且可调、结构简单、效果好及加工方便的优点。

Description

一种用于声波发射的膜片预应力调节装置
技术领域
本发明涉及一种膜片预应力调节装置，具体涉及一种用于声波发射的膜片预应力调节装置。
背景技术
活塞式声源是一种通过驱动机构带动辐射面界元(BEM)做往复运动辐射声波的平面状振子，其核心在于膜片往复振动产生声波。膜片是指一种刚性材料，在某个形变范围内，施加于膜片的压力增量与膜片的形变成正比，在实际的发声产品中，需对膜片施加一定预应力，使其形变至压力增量与膜片形变成正比的范围，以保证所辐射的声波不产生失真。由此可知，膜片的预应力对发声装置的失真度至关重要。在对膜片施加预应力的过程中，应尽可能保证预应力装置不会对膜片造成结构损坏，或者保证预应力不会对驱动机构的振动产生影响。除此之外，不同产品所需的膜片厚薄不一以及膜片加工误差会导致每一种膜片所需的预应力不尽相同，需保证预应力可调。所以设计一种既可以调节膜片预应力又不影响原驱动结构及膜片结构的膜片预应力调节装置对发声装置至关重要。
目前使用的膜片预应力调节装置为腔体油压加压装置，即向密封腔体内充入一定压强的油压，利用油压对膜片的压力来施加预应力。此种方案的问题在于，腔体内可充压力有限，可施加预应力范围较小，随着油压上升，腔体密封也越来越困难，使用时间较长,或膜片进行高频振动时会存在泄压问题，需定期维护以维持压力。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明目的在于提供一种用于声波发射的膜片预应力调节装置，能够施加远远大于腔体内压强可施加的最大预应力，在机械共振条件下，由于施加预应力的界面在变幅杆节点处，可防止机械共振造成的螺栓松动，同时可有效避免油压可施加预应力范围较小、腔体密封困难及需定期维护以维持压力的不足；此外，通过沉头螺丝的松紧调节膜片所需的预应力；具有预应力可调、结构简单、效果好及加工方便的优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于声波发射的膜片预应力调节装置，包括相互连接的固定法兰1及膜片法兰2，固定法兰1及膜片法兰2之间设置有橡胶圈6；所述固定法兰1顶部设有磁致伸缩换能器支撑架1-1，磁致伸缩换能器支撑架1-1顶部与基座3相连接，第一螺丝8-1依次将磁致伸缩换能器7的节点法兰7-1、磁致伸缩换能器垫片4、弹簧5及磁致伸缩换能器支撑架1-1相连接，磁致伸缩换能器7底端分别穿过基座3、磁致伸缩换能器垫片4、弹簧5、磁致伸缩换能器支撑架1-1及橡胶圈6正中，与膜片法兰2内的膜片2-1顶部相连接。
所述磁致伸缩换能器垫片4、弹簧5设置于基座3内。
所述第一螺丝8-1为沉头螺丝。
所述固定法兰1及膜片法兰2之间形成有密闭的腔体10，腔体10内填充有介质。
所述腔体10的填充介质为空气。
所述换能器节点法兰7-1的外径小于换能器垫片4的外径，换能器垫片4及弹簧5的外径小于基座3的内径。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.本发明通过第一螺丝8-1为膜片2-1施加预应力，在工作过程中既不影响磁致伸缩换能器6的振动，又不影响膜片2-1的原始结构，与使用腔体液压提供预应力相比，本发明腔体10内介质为空气，压强与大气压强相同，对密封要求小，容易加工且无需定期维护压力。
2.本发明中，磁致伸缩换能器7的换能器节点法兰7-1处为变幅杆节点，通电后，当磁致伸缩换能器7发生共振时，此处无振动，可防止第一螺丝8-1因高频振动而脱落。
3.本发明中，弹簧5可进一步吸收共振的能量，避免壳体共振所造成的结构损坏，安全性较高。
4.本发明可通过调节沉头螺丝8-1的紧与松来调节膜片2-1预应力，快速便捷准确。
5.此膜片预应力调节装置可施加远远大于腔体内压强可施加的最大预应力。
附图说明
图1是本发明的剖面图。
图2是本发明的固定法兰1的主视图。
图3是本发明的膜片法兰2的主视图。
图4是本发明的基座3的主视图。
图5是本发明的换能器垫片4的主视图。
图6是本发明的弹簧5的主视图。
图中：1、固定法兰；1-1、磁致伸缩换能器支撑架；2、膜片法兰；2-1、膜片；2-2、外螺纹；3、基座；4、磁致伸缩换能器垫片；5、弹簧；6、橡胶圈；7、磁致伸缩换能器；7-1、节点法兰；8-1、第一螺丝；8-2、第二螺丝；9、紧固螺栓；10、腔体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1至图6，一种用于声波发射的膜片预应力调节装置，包括通过紧固螺栓9连接的固定法兰1及膜片法兰2，所述固定法兰1顶部设有磁致伸缩换能器支撑架1-1，磁致伸缩换能器支撑架1-1顶部通过第二螺丝8-2与基座3相连接，第一螺丝8-1依次将磁致伸缩换能器7的节点法兰7-1、磁致伸缩换能器垫片4、弹簧5及磁致伸缩换能器支撑架1-1相连接，磁致伸缩换能器7底端分别穿过基座3、磁致伸缩换能器垫片4、弹簧5、磁致伸缩换能器支撑架1-1及橡胶垫6正中，与膜片法兰2内的膜片2-1顶部的外螺纹2-2螺纹连接。
所述磁致伸缩换能器垫片4、弹簧5设置于基座3内。
所述橡胶圈6设置于固定法兰1及膜片法兰2之间。
所述第一螺丝8-1与第二螺丝8-2为沉头螺丝。
所述固定法兰1及膜片法兰2之间形成有密闭的腔体10，腔体10内填充有介质。
所述腔体10的填充介质为空气。
所述换能器节点法兰7-1外径小于换能器垫片4的外径，换能器垫片4及弹簧5的外径小于基座3的内径。
本发明可通过调整第一螺丝8-1螺距来调整预应力施加精度，螺距越小，轴向预应力调节精度越高；膜片材料采用LY12，螺距分别设置为0.5(细牙)、0.7(粗牙)时旋进一圈时的轴向预应力与目前采用的通过腔体内1MPa、5MPa、10MPa的压强为膜片提供轴向预应力的方式所得到的轴向预应力进行对比如下表所示：
Figure BDA0003235672080000051
Figure BDA0003235672080000061
对比可知，本发明更适用于大轴向预应力膜片装置，能够施加远远大于腔体内压强可施加的最大轴向预应力。上表表明，本发明若采用规格为M4x0.5-25GB/T 823-2016的沉头螺丝4-1旋紧一扣，所产生的的轴向预应力可替代腔体内36.55MPa压强所产生的轴向预应力。
本发明的工作原理为：
首先，将膜片法兰2与固定法兰1之间填充橡胶圈6后，用紧固螺栓9相连并紧固，将基座3与固定法兰1通过沉头螺丝8-2相连，向基座3内依次填充弹簧5及换能器垫片3，将磁致伸缩换能器7后依次穿过换能器垫片中心孔4-1、弹簧5、基座中心孔3-1、磁致伸缩换能器支撑架2-1并与外螺纹2-1连接，用第一螺丝8-1将换能器节点法兰7-1、换能器垫片4、基座3及固定法兰2相连并拧到合适位置。
工作时，磁致伸缩换能器6受外部驱动板驱动而产生位移变化(焦耳效应)，磁致伸缩换能器6的位移变化驱动膜片位移变化从而发射声波。
以上实施例仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关此技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种用于声波发射的膜片预应力调节装置，包括相互连接的固定法兰(1)及膜片法兰(2)，固定法兰(1)及膜片法兰(2)之间设置有橡胶圈(6)；其特征在于：所述固定法兰(1)顶部设有磁致伸缩换能器支撑架(1-1)，磁致伸缩换能器支撑架(1-1)顶部与基座(3)相连接，第一螺丝(8-1)依次将磁致伸缩换能器(7)的节点法兰(7-1)、磁致伸缩换能器垫片(4)、弹簧(5)及磁致伸缩换能器支撑架(1-1)相连接；磁致伸缩换能器(7)底端分别穿过基座(3)、磁致伸缩换能器垫片(4)、弹簧(5)、磁致伸缩换能器支撑架(1-1)及橡胶圈(6)正中，与膜片法兰(2)内的膜片(2-1)顶部相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于声波发射的膜片预应力调节装置，其特征在于：所述磁致伸缩换能器垫片(4)、弹簧(5)设置于基座(3)内。
3.根据权利要求1所述的一种用于声波发射的膜片预应力调节装置，其特征在于：所述第一螺丝(8-1)为沉头螺丝。
4.根据权利要求1所述的一种用于声波发射的膜片预应力调节装置，其特征在于：所述固定法兰(1)及膜片法兰(2)之间形成有密闭的腔体(10)，腔体(10)内填充有介质。
5.根据权利要求4所述的一种用于声波发射的膜片预应力调节装置，其特征在于：所述腔体(10)的填充介质为空气。
6.根据权利要求1所述的一种用于声波发射的膜片预应力调节装置，其特征在于：所述换能器节点法兰(7-1)外径小于换能器垫片(4)的外径，换能器垫片(4)及弹簧(5)的外径小于基座(3)的内径。
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