CN210207520U - 纵向锁紧式超声波换能器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种纵向锁紧式超声波换能器，包括前盖板、后盖板及预应力螺栓，所述前盖板与后盖板之间设置有压电陶瓷片及导电极片，前盖板的后端面开设有与所述预应力螺栓螺纹配合的第一内螺孔，所述后盖板、压电陶瓷片及导电极片上均开设有供所述预应力螺栓的螺杆穿过的通孔，所述预应力螺栓的螺杆穿过后盖板、压电陶瓷片及导电极片的通孔后与前盖板的第一内螺孔固定连接，所述后盖板的后端面与所述预应力螺栓的螺帽之间设置有弹簧垫圈。该种纵向锁紧式超声波换能器具有结构简单、实施方便、实施成本低、内部受力均匀、电声转换效率更高、使用寿命更长等现有产品所不具备的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及超声波应用领域的产品，特别是一种纵向锁紧式超声波换能器。
背景技术
高功率超声波换能器被广泛地应用于焊接、清洗、加工等领域。高性能的超声波换能器其这些应用的核心部件。夹心式超声波换能器因其简单的结构被广泛应用。
夹心式超声波换能器通常由前盖板，压电陶瓷片，金属导电极片，后盖板和用于锁紧上述部件的预应力螺栓组成。预应力螺栓使各部件紧密结合在一起，并在压电陶瓷片上施加受压的预应力。由于压电陶瓷片的抗拉强度远低于其抗压强度，预应力螺杆在压电陶瓷片上施加的压应力可以使得压电陶瓷片即使在振动状态下也保持受压，从而避免断裂。此外，此压应力可以保证整个夹心式换能器各部件之间紧密结合，没有间隙，因此可以提高超声波的传递和超声波换能器的电声转换效率。
由此可见，压电陶瓷片所受到的压应力对换能器的整体性能影响巨大。
由于设计和装配的简便，在通常的超声波换能器的设计中，仅实用一根螺栓穿过整个换能器的中心轴来固定所述各个部件。然而，由于螺栓的直径远小于换能器中的压电陶瓷片的外直径，因此在压电陶瓷片上所产生的压预应力分布是不均匀的。许多研究表明，此种单螺栓夹心式压电换能器中压电陶瓷片所受到的压应力从中心到边缘逐渐递减。边缘处的受压预应力甚至只有中心所受压应力的10％。这种不均匀的受力分布会导致压电陶瓷片在换能器工作时候所受到的力不一样。边缘处甚至会产生拉应力及间隙，进而影响换能器的电声转换效率和寿命。
针对此问题，有人设计出筒式压电换能器。此筒式设计虽然能够使得压应力在压电陶瓷片中的分布更加均匀，但是筒形的设计结构更加复杂，且成本价高。
总之，现有的换能器存在预应力螺栓的压力不均、电声转换效率低下、使用寿命短或结构复杂、实施成本高等技术缺陷。
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种新的技术方案以解决现存的技术缺陷。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种纵向锁紧式超声波换能器，解决了现有换能器压电陶瓷片受理不均、影响转能效率、降低使用寿命或结构复杂、生产成本高等缺点。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种纵向锁紧式超声波换能器，包括前盖板、后盖板及预应力螺栓，所述前盖板与后盖板之间设置有压电陶瓷片及导电极片，前盖板的后端面开设有与所述预应力螺栓螺纹配合的第一内螺孔，所述后盖板、压电陶瓷片及导电极片上均开设有供所述预应力螺栓的螺杆穿过的通孔，所述预应力螺栓的螺杆穿过后盖板、压电陶瓷片及导电极片的通孔后与前盖板的第一内螺孔固定连接，所述后盖板的后端面与所述预应力螺栓的螺帽之间设置有弹簧垫圈。
作为上述技术方案的改进，所述弹簧垫圈为碟形垫圈。
作为上述技术方案的进一步改进，所述弹簧垫圈具有一个或多个。
作为上述技术方案的进一步改进，所述弹簧垫圈的内径小于预应力螺栓的螺帽的内切圆直径并略大于预应力螺栓的螺柱的直径；弹簧垫圈的外径大于预应力螺栓的螺帽的外接圆直径并小于后盖板后端面的直径。
作为上述技术方案的进一步改进，所述预应力螺栓为螺柱与螺帽一体成型式的螺栓或螺柱与螺帽分体式的组合螺栓。
作为上述技术方案的进一步改进，所述导电极片与压电陶瓷片间隔叠放。
作为上述技术方案的进一步改进，所述导电极片包括正极片及负极片，导电极片与前盖板后端面之间设置有一片压电陶瓷片，正极片与负极片之间设置有压电陶瓷片。
作为上述技术方案的进一步改进，所述压电陶瓷片及导电极片均为圆环形片体。
作为上述技术方案的进一步改进，所述前盖板的前端面开设有用于与变幅杆或者焊头连接的第二内螺孔，所述第二内螺孔与所述第一内螺孔连通。
本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种纵向锁紧式超声波换能器，该种纵向锁紧式超声波换能器在预应力螺栓的螺帽与后盖板的后端面之间设置有弹簧垫圈，盖弹簧垫圈可使得预应力螺栓对后盖板的应力更加均匀，进一步使得换能器的电声转换效率更高，也有效降低压电陶瓷片因受力不均而产生断裂的概率，有效延长换能器的使用寿命；另外，该种换能器的结构简单、实施方便，有助于降低实施难度及实施成本。
该种纵向锁紧式超声波换能器解决了现有换能器压电陶瓷片受理不均、影响转能效率、降低使用寿命或结构复杂、生产成本高等缺点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的装配示意图；
图2是本实用新型的结构拆分图；
图3是本实用新型的剖面结构示意图；
图4是本实用新型中碟形垫圈的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本实用新型创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合，参照图1-4。
一种纵向锁紧式超声波换能器，包括前盖板1、后盖板2及预应力螺栓3，所述前盖板1及后盖板2的材质可选用铝合金、钛合金及钢等材质，所述预应力螺栓3的材料为高强度钢，所述前盖板1与后盖板2之间设置有压电陶瓷片4及导电极片5，所述导电极片5与压电陶瓷片4间隔叠放，所述压电陶瓷片4及导电极片5均为圆环形片体，所述后盖板2、压电陶瓷片4及导电极片5上均开设有供所述预应力螺栓3的螺杆穿过的通孔，前盖板1的后端面开设有与所述预应力螺栓3螺纹配合的第一内螺孔11，所述预应力螺栓3的螺杆穿过后盖板2、压电陶瓷片4及导电极片5的通孔后与前盖板1的第一内螺孔11固定连接。
在本实施例中，所述导电极片5具有两片，分别为正极片及负极片，压电陶瓷片4具有两片。在组装时，前盖板1的后端面放置第一片压电陶瓷片4，第一片压电陶瓷片4后放置第一片导电极片5，第一片导电极片5后放置第二片压电陶瓷片4，第二片压电陶瓷片4后放置第二片导电极片5，第二片后与前盖板1后端面之间设置有一片压电陶瓷片4，正极片与负极片之间设置有压电陶瓷片4。
所述后盖板2的后端面与所述预应力螺栓3的螺帽之间设置有弹簧垫圈6，所述弹簧垫圈6可根据情况选择一个或多个，在本实施例中，所述弹簧垫圈6为碟形垫圈；所述弹簧垫圈6的内径小于预应力螺栓3的螺帽的内切圆直径并略大于预应力螺栓3的螺柱的直径；弹簧垫圈6的外径大于预应力螺栓3的螺帽的外接圆直径并小于后盖板2后端面的直径。
在本实施例中，所述弹簧垫圈6的外径的大小优选为预应力螺栓3的螺帽的外接圆直径及后盖板2后端面的直径的中间值。
换能器在未组装状态下，碟形垫圈具有拱形形状。在装配后，由于预应力螺栓3所施加的预应力，使得碟形垫圈变得平整，且其下表面全部与后盖板2接触。虽然碟形垫圈的下表面与后盖板2的上表面全部接触，但由于碟形垫圈是被压平的，因此碟形垫圈与后盖板2的接触面上的应力分布是不均匀的。应力最大处应为所述碟形垫圈外直径的外沿。因为此接触外沿位于所述后盖板2的径向厚度约一半的地方，所以可以使得预应力螺栓3所产生的压应力在换能器内部的径向分布更加均匀。压应力的均匀分布不仅可以使得换能器的电声转换效率更高，且能减少换能器中压电陶瓷片4断裂的几率。
优选地，所述预应力螺栓3为螺柱与螺帽一体成型式的螺栓或螺柱与螺帽分体式的组合螺栓，在本实施例中，所述预应力螺栓3为螺柱与螺帽一体成型式的螺栓。实施者可以根据实际的实施环境旋转合适的螺栓样式。
优选地，所述前盖板1的前端面开设有用于与变幅杆或者焊头连接的第二内螺孔12，所述第二内螺孔12与所述第一内螺孔11连通。
以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.纵向锁紧式超声波换能器，其特征在于：包括前盖板(1)、后盖板(2)及预应力螺栓(3)，所述前盖板(1)与后盖板(2)之间设置有压电陶瓷片(4)及导电极片(5)，前盖板(1)的后端面开设有与所述预应力螺栓(3)螺纹配合的第一内螺孔(11)，所述后盖板(2)、压电陶瓷片(4)及导电极片(5)上均开设有供所述预应力螺栓(3)的螺杆穿过的通孔，所述预应力螺栓(3)的螺杆穿过后盖板(2)、压电陶瓷片(4)及导电极片(5)的通孔后与前盖板(1)的第一内螺孔(11)固定连接，所述后盖板(2)的后端面与所述预应力螺栓(3)的螺帽之间设置有弹簧垫圈(6)。
2.根据权利要求1所述的纵向锁紧式超声波换能器，其特征在于：所述弹簧垫圈(6)为碟形垫圈。
3.根据权利要求1所述的纵向锁紧式超声波换能器，其特征在于：所述弹簧垫圈(6)具有一个或多个。
4.根据权利要求1所述的纵向锁紧式超声波换能器，其特征在于：所述弹簧垫圈(6)的内径小于预应力螺栓(3)的螺帽的内切圆直径并略大于预应力螺栓(3)的螺柱的直径；弹簧垫圈(6)的外径大于预应力螺栓(3)的螺帽的外接圆直径并小于后盖板(2)后端面的直径。
5.根据权利要求1所述的纵向锁紧式超声波换能器，其特征在于：所述预应力螺栓(3)为螺柱与螺帽一体成型式的螺栓或螺柱与螺帽分体式的组合螺栓。
6.根据权利要求1所述的纵向锁紧式超声波换能器，其特征在于：所述导电极片(5)与压电陶瓷片(4)间隔叠放。
7.根据权利要求1所述的纵向锁紧式超声波换能器，其特征在于：所述导电极片(5)包括正极片及负极片，导电极片(5)与前盖板(1)后端面之间设置有一片压电陶瓷片(4)，正极片与负极片之间设置有压电陶瓷片(4)。
8.根据权利要求1所述的纵向锁紧式超声波换能器，其特征在于：所述压电陶瓷片(4)及导电极片(5)均为圆环形片体。
9.根据权利要求1所述的纵向锁紧式超声波换能器，其特征在于：所述前盖板(1)的前端面开设有用于与变幅杆或者焊头连接的第二内螺孔(12)，所述第二内螺孔(12)与所述第一内螺孔(11)连通。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113617621A (zh) * | 2020-05-09 | 2021-11-09 | 肖清波 | 一种超声波功率合成换能器 |
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2019
- 2019-04-24 CN CN201920574736.8U patent/CN210207520U/zh active Active
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