RU2068741C1 - Ultrasonic converter oscillation velocity symmetrical transformer - Google Patents

Ultrasonic converter oscillation velocity symmetrical transformer Download PDF

Info

Publication number
RU2068741C1
RU2068741C1 SU4854791A RU2068741C1 RU 2068741 C1 RU2068741 C1 RU 2068741C1 SU 4854791 A SU4854791 A SU 4854791A RU 2068741 C1 RU2068741 C1 RU 2068741C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
transformer
input end
cladding
section
centers
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Е.Ш. Статников
В.В. Марьяшин
Original Assignee
Государственное научно-производственное предприятие "Квант"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное научно-производственное предприятие "Квант" filed Critical Государственное научно-производственное предприятие "Квант"
Priority to SU4854791 priority Critical patent/RU2068741C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2068741C1 publication Critical patent/RU2068741C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: ultrasonic oscillatory system. SUBSTANCE: oscillatory system transformer has equal-size section envelope made in the form of hollow axially-symmetric waveguide with curvilinear or conical generatrix of mass center surfaces whose cross sizes at output end exceed the seat input end. Calculations of coordinates of generatrix of envelope mass center surfaces are given in description of the invention. EFFECT: enlarged operating capabilities. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение может найти применение в машиностроительной, судостроительной промышленностях и других отраслях народного хозяйства, в качестве составной части колебательной системы ультразвуковой частоты, например, в процессах резания металлов и обработки металлов давлением. The invention can find application in mechanical engineering, shipbuilding industries and other industries, as part of the ultrasonic oscillating system frequency, for example, in metal cutting processes and metal forming.

Известны трансформаторы колебательной скорости, предназначенные для передачи энергии колебаний от площадей с малыми поперечными размерами, к площадям, размеры которых превышают длину полуволны, например, колебательные системы или их элементы по авторским свидетельствам N 227736, 231244. Однако они не обеспечивают однородного или "поршневого" распределения смещений на выходной поверхности (см. И.И. Теумин "Ультразвуковые колебательные системы"). Known transformers vibrational velocity for transmitting wave energy from areas with small transverse dimensions, to areas that are larger than half-wave length, e.g., oscillatory systems or components of content certificates N 227736, 231244. However, they do not provide a uniform or "piston" distribution at the exit surface displacement (see. Teumin II "Ultrasonic vibrating system"). Трансформатор с наружной поверхностью в виде цилиндра и внутренней поверхностью в виде параболоида (по авт. св. N 227736, кл. B 06 b 1/08, 1967 г. ) предназначен для передачи продольных колебаний на резонансной частоте системы, однако, не может быть использован для согласования элементов с различными размерами наружных диаметров, например, кольцевых сопрягаемых поверхностей, так как имеет различные площади сечений, нормальных оси симметрии, и не обеспечивает "поршневых" колебаний на выходной поверхности в широком диапазоне частот, однородности распр Transformer with the outer surface of a cylinder and the inner surface of the paraboloid (by the authors. Binding. N 227736, cl. B 06 b 1/08, 1967 YG) for transmission of longitudinal vibrations at the resonant frequency of the system, however, can not be used to align the elements with various sizes of outer diameters, for example, the annular mating surfaces, since it has different cross-sectional areas, the normal axis of symmetry, and provides a "piston" oscillations on the output surface over a wide frequency range, uniformity camshaft деления амплитуды колебаний при изменении частоты и нагрузки, устойчивости системы к заданным формам колебаний. dividing the oscillation amplitude when the frequency and the load resistance of the system to specify waveforms. Трансформатор, выполненный в виде пологого усеченного кругового конуса (по авт. св. N 231244, кл. B 06 b 1/08, 1966 г.) имеет угол между наружной поверхностью и осью симметрии более 40 градусов и предназначен для излучения в технологическую среду посредством возбуждения на выходной поверхности изгибных колебаний. The transformer is configured in the form of a shallow truncated circular cone (according to the authors. Binding. N 231244, cl. B 06 b 1/08, 1966 YG) has an angle between the outer surface and the axis of symmetry 40 degrees and is designed for the radiation into the process by excitation on the exit surface of flexural vibrations.

Наиболее близким по способу технической реализации к данному изобретению является колебательная система по авт. The closest in technical method for implementing the present invention is a vibrational system according to the authors. св. communication. N 278272 (кл. B 06 b 1/00), в которой переходные элементы выполнены в виде полых усеченных конусов. N 278272 (Cl. B 06 b 1/00), in which the transition elements are designed as hollow truncated cones.

Вместе с тем эта система не обеспечивает эффективной передачи "поршневых" колебаний в технологические объекты и среды входные размеры которых значительно превышают длину волны продольных колебаний. However, this system does not provide efficient transmission "piston" fluctuations in the technological objects and the medium input dimensions are much greater than the wavelength of the longitudinal oscillations.

Предметом данного изобретения является создание симметричного трансформатора колебательной скорости, обеспечивающего передачу "поршневых" колебаний с поверхности, размеры которой значительно меньше длины волны, на поверхности с размерами существенно большими длины волны на резонансной частоте системы. The subject of the invention is to provide a symmetrical oscillatory transformer speed transmission provides "piston" vibrations from the surface, whose dimensions substantially smaller than the wavelength, on a surface with dimensions significantly larger than the wavelength at the resonant frequency of the system.

Заявленный эффект достигается за счет формирования трансформатора колебательной скорости с заданными размерами входной и выходной поверхностей в виде осесимметричной конической оболочки, площади поперечных сечений которой, перпендикулярных ее оси симметрии равны и ориентированы относительно поверхности центров масс с прямолинейной образующей, как это показано на фиг. The inventive effect is achieved by forming a vibrational velocity transformer having the desired dimensions input and output surfaces in the form of the axisymmetric conical shell whose cross-sectional area perpendicular to its axis of symmetry and are oriented relative to the centers of mass surface with rectilinear generator, as shown in FIG. 1, либо наружной конической поверхности с прямолинейной образующей, как это показано на фиг. 1 or conical outer surface with rectilinear generator, as shown in FIG. 2. 2.

Экспериментально установлено, что устойчивость "поршневых" форм колебаний в оболочечном трансформаторе колебательной скорости обеспечивается до угла раскрытия не более 40 градусов, как это показано на фиг. It was established experimentally that the resistance "piston" in the envelope waveforms transformer oscillating speed is provided to the opening angle less than 40 degrees, as shown in FIG. 3 и фиг. 3 and FIG. 4. Определение высоты трансформатора колебательной скорости при заданных из конструктивных соображений размерах входного и выходного диаметров "поршневой" оболочки, осуществляется по числа полуволн продольных колебаний в трансформаторе колебательной скорости на резонансной частоте колебательной системы. 4. Determine the height of the transformer vibrational velocity for given dimensions of the design considerations inlet and outlet diameters "piston" shell, is carried out by the number of half-waves of the longitudinal vibrations in the transformer vibrational velocity at the resonant frequency of the vibrational system. Расчет резонансной длины (высоты) поршневого трансформатора колебательной скорости по данному изобретению должен осуществляться по длине образующей конической поверхности центров масс в 1 случае (фиг. 1) и по криволинейной поверхности центров масс во 2 случае (фиг. 2). Calculation of resonant length (height) of the transformer piston vibrational velocity of this invention must be carried out along the length of the centers of mass generatrix of the conical surface in the case 1 (FIG. 1) and the centers of mass of the curved surface of the case 2 (FIG. 2).

Расчет геометрической формы поршневого трансформатора колебательной скорости в 1 случае осуществляется по формулам: Calculation of the geometric shape of the oscillatory transformer piston speed in the case 1 is performed using the formulas:

Figure 00000002
(1) (one)
где α угол раскрытия между осью симметрии и образующей конической поверхности центров масс α∈[0,40 ° ] where open angle α between the symmetry axis and the generatrix of the conical surface mass centers α∈ [0,40 °]
Figure 00000003
диаметр образующей конической поверхности центров масс на выходном торце трансформатора. the diameter of conical surface generatrix of the centers of mass on the output end of the transformer.

Figure 00000004
диаметр образующей конической поверхности центров масс на входном торце трансформатора. the diameter of conical surface generatrix of the centers of mass at the input end of the transformer.

f частота колебаний. the oscillation frequency f.

n целое число полуволн. n an integer number of half wavelengths.

C скорость распространения колебаний в материале. C rate of propagation of vibrations in a material.

Figure 00000005
(2) (2)
где Н высота трансформатора. wherein the height H of the transformer.

Figure 00000006
(3) (3)
где D x наружный диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении Х. where D x outer diameter of the cladding of the transformer in this section X.

h x расстояние от входного торца трансформатора до рассматриваемого сечения Х. h x ∈ [0,H]. h x distance from the inlet end to the transformer section under consideration H. h x ∈ [0, H].

D вых наружный диаметр оболочки трансформатора на выходном торце. D O outer diameter of the cladding at the output end of the transformer.

D вх наружный диаметр оболочки трансформатора на входном торце. D Rin outer diameter of the cladding of the transformer at the input end.

Figure 00000007
(4) (four)
где d x внутренний диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении Х. where d x the inner diameter of the cladding of the transformer in this section X.

d внутренний диаметр оболочки трансформатора на входном торце. d the inner diameter of the cladding of the transformer at the input end.

Расчет геометрической формы поршневого трансформатора колебательной скорости во 2 случае осуществляется по формулам: Calculation of the geometric shape of the oscillatory transformer piston speed in the case 2 is performed by the formulas:

Figure 00000008
(5), (five),
где Where
Figure 00000009

Система (5) решается относительно неизвестных параметров Н и α System (5) is solved for the unknown parameters α and H
где Н высота трансформатора. wherein the height H of the transformer.

C скорость распространения колебаний в материале. C rate of propagation of vibrations in a material.

f частота колебаний. the oscillation frequency f.

n целое число полуволн. n an integer number of half wavelengths.

D вх наружный диаметр оболочки трансформатора на входном торце. D Rin outer diameter of the cladding of the transformer at the input end.

D вых наружный диаметр оболочки трансформатора на выходном торце. D O outer diameter of the cladding at the output end of the transformer.

d внутренний диаметр оболочки трансформатора на входном торце. d the inner diameter of the cladding of the transformer at the input end.

a угол раскрытия между осью симметрии и наружной конической поверхностью. a opening angle between the symmetry axis and an outer conical surface. α∈[0,40 ° ] α∈ [0,40 °]
d x = D вх +2•h x •tgα (6) d x = D + Bx 2 • h x • tgα (6)
где D x наружный диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении Х. where D x outer diameter of the cladding of the transformer in this section X.

h x расстояние от входного торца трансформатора до рассматриваемого сечения Х. h x ∈[0,H] h x distance from the inlet end to the transformer section under consideration H. h x ∈ [0, H]

Figure 00000010
(7) (7)
где d x внутренний диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении Х. where d x the inner diameter of the cladding of the transformer in this section X.

Экспериментально установлено, что при любом другом законе изменения формы поперечного сечения трансформатора колебательной скорости увеличение ее выходного размера относительно размеров входного торца за счет угла раскрытия даже на 5 градусов (для экспоненциального, катеноидального и случая равной толщины стенки в поперечном сечении) вызывает нарушение "поршневой" формы колебаний в оболочке и возникновение на выходном торце сложного волнового рельефа в виде изгибных, сдвиговых и других видов эпюр распределения колебательной скорост It was established experimentally that for any other law changes shape transverse vibrational velocity transformer section increase its output size relative to the input end of the size due to the angle of opening even at 5 degrees (for exponential, katenoidalnogo and a case equal to the wall thickness in cross section) causes a disturbance "piston" waveforms in the envelope and the appearance at the output end of the composite wave of the relief in the form of bending, shear, and other types of distribution diagrams vibrational velocities и. and.

Физическая сущность описанного эффекта объясняется благоприятными условиями "взаимодействия" между смежными равновеликими поверхностями "равных фаз", через которые происходит распределение энергии упругих колебаний. The physical essence of this effect is explained favorable "interactions" between the adjacent surfaces of equal 'equal phase "through which the energy distribution of elastic vibrations. Моделью оптимизации этого взаимодействия может служить известное из теоретической механики положение о коэффициенте передачи энергии равном единице массами равной величины. Optimization of this interaction model may be known from the position of the theoretical mechanics energy transmission factor equal to unity magnitude equal masses. При определенных геометрических соотношениях поверхностей, образующих тело трансформатора колебательной скорости (волновода) этот механизм работает до тех пор, пока площади (а следовательно и массы) взаимодействующих объемов, ограниченных поверхностями "равных фаз", остаются равными друг другу, что эквивалентно распространению нормальных форм колебаний без отражения от стенок волновода. Under certain geometrical proportions surfaces forming the body of the transformer oscillatory speed (waveguide), this mechanism works as long as the area (and hence mass) interacting volumes bounded by surfaces "equal phase" are equal to each other, which is equivalent to the spread of normal modes of vibration without reflection from the waveguide walls.

Как было показано выше, наибольшей устойчивостью к "поршневым" формам колебаний характеризуются волноводы равновеликих сечений. As shown above, the greatest resistance to "plug" forms are characterized by oscillations waveguides of equal cross-sections. ЫЫЫ1 ЫЫЫ2 ЫЫЫ3 YYY1 YYY2 YYY3

Claims (3)

1. Симметричный трансформатор колебательной скорости переменного сечения ультразвукового преобразователя, содержащий оболочку равновеликих сечений, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности передачи колебаний в технологические объекты и среды, оболочка выполнена в виде полого осисемметричного волновода с криволинейной или конической образующей поверхностей центров масс, поперечные размеры которого на выходном торце больше размеров на входном торце. 1. A symmetrical transformer vibrational velocity variable section ultrasonic transducer comprising a shell of equal cross sections, characterized in that, to improve the efficiency in transmitting vibrations technological objects and environment, the shell is formed as a hollow waveguide osisemmetrichnogo with curved or tapered surfaces forming the mass centers of the transverse the dimensions of which at the output end larger than at the input end.
2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что для оболочки с конической образующей поверхности центров масс ее координаты рассчитываются по формулам 2. Transformer according to claim 1, characterized in that for forming a shell with a conical surface of the mass centers of its coordinates are calculated by the formulas
Figure 00000011

где α угол раскрытия между осью симметрии и образующей конической поверхности центров масс, wherein the opening angle α between the symmetry axis and the generatrix of the conical surface of the mass centers,
α ∈ [0 ° ; α ∈ [0 °; 40 ° ], 40 °],
Figure 00000012
диаметр образующей конической поверхности центров масс на выходном торце трансформатора; the diameter of conical surface generatrix of the centers of mass on the output end of the transformer;
Figure 00000013
диаметр образующей конической поверхности центров масс на входном торце трансформатора; the diameter of conical surface generatrix of the centers of mass at the input end of the transformer;
f частота колебаний; f oscillation frequency;
n целое число полуволн; n an integer number of half;
c скорость распространения колебаний в материале; c speed of propagation of the vibrations in the material;
Figure 00000014

где H высота трансформатора; wherein the height H of the transformer;
Figure 00000015

где D x наружный диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении X; wherein the outer diameter D x transformer shell in this section X;
h x - расстояние от входного торца трансформатора до рассматриваемого сечения Х, h x ∈ [O,H]; h x - the distance from the input end to the transformer section under consideration X, h x ∈ [O, H ];
D вых наружный диаметр оболочки трансформатора на выходном торце; D O outer diameter of the cladding at the output end of the transformer;
D вх наружный диаметр оболочки трансформатора на входном торце; D Rin outer diameter of the cladding of the transformer at the input end;
Figure 00000016

где d x внутренний диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении X; where d x inner diameter in this envelope transformer section X;
d внутренний диаметр оболочки трансформатора на входном торце. d the inner diameter of the cladding of the transformer at the input end.
3. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что для оболочки с криволинейной образующей поверхности центров масс ее координаты рассчитываются по формулам 3. Transformer according to claim 1, characterized in that the sheathing with the centers of mass of the curved surface forming its coordinates are calculated by the formulas
Figure 00000017

система решается относительно неизвестных параметров Н и α system is solved for the unknown parameters α and H
где Н высота трансформатора; wherein the height H of the transformer;
с скорость распространения колебаний в материале; with propagation velocity oscillations in the material;
f частота колебаний; f oscillation frequency;
n целое число полуволн; n an integer number of half;
D вх наружный диаметр оболочки трансформатора на входном торце; D Rin outer diameter of the cladding of the transformer at the input end;
D вых наружный диаметр оболочки трансформатора на выходном торце; D O outer diameter of the cladding at the output end of the transformer;
d внутренний диаметр оболочки трансформатора на входном торце; d the inner diameter of the cladding of the transformer at the input end;
a угол раскрытия между осью симметрии и наружной конической поверхностью, α ∈ [0 ° ; a opening angle between the symmetry axis and an outer conical surface, α ∈ [0 °; 40 ° ] 40 °]
D x D вх + 2•h x •tgα D x D Rin + 2 • h x • tgα
где D x наружный диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении X; wherein the outer diameter D x transformer shell in this section X;
h x расстояние от входного торца трансформатора до рассматриваемого сечения Х, h x ∈ [O; h x distance from the transformer to the input end of the section under consideration X, h x ∈ [O; H]; H];
Figure 00000018

где d x внутренний диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении X. where d x inner diameter in this envelope transformer section X.
SU4854791 1990-05-24 1990-05-24 Ultrasonic converter oscillation velocity symmetrical transformer RU2068741C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4854791 RU2068741C1 (en) 1990-05-24 1990-05-24 Ultrasonic converter oscillation velocity symmetrical transformer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4854791 RU2068741C1 (en) 1990-05-24 1990-05-24 Ultrasonic converter oscillation velocity symmetrical transformer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2068741C1 true RU2068741C1 (en) 1996-11-10

Family

ID=21529632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4854791 RU2068741C1 (en) 1990-05-24 1990-05-24 Ultrasonic converter oscillation velocity symmetrical transformer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2068741C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7276824B2 (en) 2005-08-19 2007-10-02 U.I.T., L.L.C. Oscillating system and tool for ultrasonic impact treatment
US7301123B2 (en) 2004-04-29 2007-11-27 U.I.T., L.L.C. Method for modifying or producing materials and joints with specific properties by generating and applying adaptive impulses a normalizing energy thereof and pauses therebetween
US7344609B2 (en) 1998-09-03 2008-03-18 U.I.T., L.L.C. Ultrasonic impact methods for treatment of welded structures
US7431779B2 (en) 1998-09-03 2008-10-07 U.I.T., L.L.C. Ultrasonic impact machining of body surfaces to correct defects and strengthen work surfaces

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 278272, кл.В О6 В 1/00, 1966. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7344609B2 (en) 1998-09-03 2008-03-18 U.I.T., L.L.C. Ultrasonic impact methods for treatment of welded structures
US7431779B2 (en) 1998-09-03 2008-10-07 U.I.T., L.L.C. Ultrasonic impact machining of body surfaces to correct defects and strengthen work surfaces
US7301123B2 (en) 2004-04-29 2007-11-27 U.I.T., L.L.C. Method for modifying or producing materials and joints with specific properties by generating and applying adaptive impulses a normalizing energy thereof and pauses therebetween
US7276824B2 (en) 2005-08-19 2007-10-02 U.I.T., L.L.C. Oscillating system and tool for ultrasonic impact treatment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
McMahon Experimental study of the vibrations of solid, isotropic, elastic cylinders
US3101472A (en) Transmission of electromagnetic wave beams
Thumm et al. Passive high-power microwave components
JP4326955B2 (en) A device for focusing ultrasonic acoustic energy into a liquid flow
Tam et al. Theoretical model of discrete tone generation by impinging jets
Alfredsson et al. Instabilities in channel flow with system rotation
US20020014809A1 (en) Elastic surface-wave device
Rockwell et al. Self-sustained oscillations of impinging free shear layers
US4468672A (en) Wide bandwidth hybrid mode feeds
Seiner Advances in high speed jet aeroacoustics
JP2700058B2 (en) Non-contact micromanipulation method using the ultrasonic
CA1180734A (en) Atomizer
JP2615346B2 (en) Cutting device
US3292910A (en) Ultrasonic concentrator
US5858104A (en) System for focused generation of pressure by bubble formation and collapse
US5525041A (en) Momemtum transfer pump
US3546498A (en) Curved sonic transmission line
US5982801A (en) Momentum transfer apparatus
GB2120497A (en) Ultrasonic processing device
US5006266A (en) Manipulating means utilizing ultrasonic wave energy for use with particulate material
EP1639865B1 (en) Microwave resonator, modular process chain made from one such microwave resonator, operational method and objects/work pieces thermally processed by microwaves according to said method
Yoshikawa et al. Vibration of two concentric submerged cylindrical shells coupled by the entrained fluid
EP0300319A2 (en) Piezoelectric driven resonance system for ultrasonic atomising of a fluid
KR100397454B1 (en) Rotary Well pahon
US2503831A (en) Fine wire delay line