RU2574171C1 - Mechanical vibration concentrator - Google Patents
Mechanical vibration concentrator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2574171C1 RU2574171C1 RU2014142811/28A RU2014142811A RU2574171C1 RU 2574171 C1 RU2574171 C1 RU 2574171C1 RU 2014142811/28 A RU2014142811/28 A RU 2014142811/28A RU 2014142811 A RU2014142811 A RU 2014142811A RU 2574171 C1 RU2574171 C1 RU 2574171C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rod
- disc
- disk
- free end
- standing waves
- Prior art date
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 10
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 10
- 101700078171 KNTC1 Proteins 0.000 description 4
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к ультразвуковой технологии и оборудованию, предназначено для ввода сосредоточенной мощности механических колебаний в рабочую среду. Изобретение целесообразно использовать для получения высокой плотности энергии механических колебаний, например, при повышенном гидростатическом давлении и/или вязкости жидкости, воздействие на поверхность с целью получения сверхтвердых покрытий и т.п.The invention relates to ultrasonic technology and equipment, is intended to enter the concentrated power of mechanical vibrations into the working environment. The invention is expediently used to obtain a high energy density of mechanical vibrations, for example, with increased hydrostatic pressure and / or viscosity of a liquid, the effect on the surface in order to obtain superhard coatings, etc.
Известен концентратор механических колебаний (далее по тексту концентратор), содержащий несколько преобразователей, объединенных в одно целое устройство DE 4421465 А1 21.12.1995, МПК В06В 1/08.A known hub of mechanical vibrations (hereinafter referred to as a hub) containing several transducers combined into one device DE 4421465 A1 12/21/1995, IPC V06V 1/08.
Однако известный концентратор не позволяет направить всю энергию механических колебаний на очень маленький по площади участок обрабатываемой среды.However, the known concentrator does not allow to direct all the energy of mechanical vibrations to a very small area of the processed medium.
Кроме того, известен концентратор стержневого типа а.с. 85193 04.08.1949, МПК В06В 1/08. Этот концентратор стержневого типа выполнен в виде твердого стержня с переменным сечением.In addition, the known rod hub type 85193 08/08/1949, IPC V06V 1/08. This rod-type concentrator is made in the form of a solid rod with a variable cross-section.
Данный концентратор, который по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому и принят в качестве прототипа, имеет ряд существенных недостатков.This hub, which in its technical essence is the closest to the proposed one and adopted as a prototype, has a number of significant drawbacks.
Во-первых, не позволяет разместить на свободном конце стержня более одного мощного преобразователя.Firstly, it does not allow to place more than one powerful transducer on the free end of the rod.
Во-вторых, максимальное сечение стержня ограничено паразитными модами механических колебаний.Secondly, the maximum cross-section of the rod is limited by spurious modes of mechanical vibrations.
В-третьих, в таком концентраторе невозможно создать высокую плотность энергии механических колебаний.Thirdly, in such a concentrator it is impossible to create a high energy density of mechanical vibrations.
Техническим результатом настоящего изобретения является улучшение удельных характеристик концентратора и повышение плотности энергии механических колебаний.The technical result of the present invention is to improve the specific characteristics of the hub and increase the energy density of mechanical vibrations.
Данный технический результат достигается тем, что в известном концентраторе, выполненном в виде твердого стержня, на свободном конце которого соосно размещается диск, имеющий акустический контакт со стержнем, а диаметр диска выбран из условия размещения пучности изгибных стоячих волн по краю диска, в центре диска в первом случае узла и во втором случае пучности изгибных стоячих волн длина стержня выбрана из условия размещения пучности продольных стоячих волн и в первом, и во втором случаях на свободном конце стержня со стороны рабочей среды.This technical result is achieved by the fact that in the known hub, made in the form of a solid rod, on the free end of which a disk is placed coaxially having acoustic contact with the rod, and the diameter of the disk is selected from the condition of placing the antinodes of bending standing waves along the edge of the disk, in the center of the disk in in the first case of the node and in the second case of the antinode of bending standing waves, the length of the rod is selected from the condition for placing the antinode of longitudinal standing waves in both the first and second cases at the free end of the rod from the side of the working food.
Описываемая конструкция концентратора позволяет сосредоточить огромное количество энергии механических колебаний на очень маленькой (менее 1 мм2) площади обрабатываемой среды, что позволяет получать сверхтвердые материалы на поверхности.The described design of the concentrator allows you to concentrate a huge amount of energy of mechanical vibrations on a very small (less than 1 mm 2 ) area of the processed medium, which allows you to get superhard materials on the surface.
Другими словами мы модифицируем поверхность с применением ультразвука, если частота механических колебаний соответствует этому диапазону. Ультразвуковая модификация возможна как наружных, так и внутренних поверхностей. Модификация поверхности может быть геометрическая, фазовая и структурная. Геометрическая модификация включает в себя нанесение на поверхность регулярного микро- или нанорельефа, снижение некруглости, резкое повышение класса шероховатости. Примером последнего может быть сталь 20X13, HRC40, Ra 3,8 мкм до обработки, после обработки HRC49, Ra 0,15 мкм. Примером фазовой модификации поверхности может быть нанесение углерода на поверхность металла. Микротвердость после данной модификации составила 1200 по Виккерсу. Таким способом на поверхности металла можно получить сверхтвердое покрытие. Структурная модификация позволяет создать наноструктуру в поверхностном слое материала, а также фазовую наноструктуру на поверхности. С помощью устройства ультразвуковой модификации поверхности возможно создание безызносной пары трения. Ультразвуковая модификация поверхности отличается от других способов модифицирования поверхности высокоэнергетическими воздействиями (электронами, ионами, плазмой, лазером) тем, что не требуется специальная среда, не требуется предварительная подготовка поверхности, а также отличается простотой в эксплуатации, компактным исполнением и высоким КПД. Ультразвуковая модификации поверхности является экологически чистой технологией.In other words, we modify the surface using ultrasound if the frequency of mechanical vibrations corresponds to this range. Ultrasonic modification is possible both on the outer and inner surfaces. Surface modification can be geometric, phase and structural. Geometric modification includes applying to the surface a regular micro- or nanorelief, reducing non-circularity, and a sharp increase in the roughness class. An example of the latter can be steel 20X13, HRC40, Ra 3.8 μm before processing, after processing HRC49, Ra 0.15 μm. An example of a phase modification of a surface can be carbon deposition on a metal surface. The microhardness after this modification was 1200 according to Vickers. In this way, a superhard coating can be obtained on the metal surface. Structural modification allows you to create a nanostructure in the surface layer of the material, as well as a phase nanostructure on the surface. Using a device for ultrasonic surface modification, it is possible to create a wearless friction pair. Ultrasonic surface modification differs from other methods of surface modification by high-energy influences (electrons, ions, plasma, laser) in that a special medium is not required, preliminary surface preparation is not required, and it is also easy to operate, compact in design and high efficiency. Ultrasonic surface modification is an environmentally friendly technology.
Сущность настоящего изобретения отражена на следующем чертеже,The essence of the present invention is reflected in the following drawing,
где на фиг. 1 изображена конструкция концентратора. where in FIG. 1 shows the design of the hub.
Концентратор выполнен из стержня 1 и соосно размещенного диска 2, имеющего акустический контакт со стержнем, а на другом свободном конце стержня закрепляется рабочий инструмент 3.The hub is made of a rod 1 and a coaxially placed disk 2 having acoustic contact with the rod, and a working tool 3 is fixed at the other free end of the rod.
Предлагаемый концентратор работает следующим образом. Преобразователи механических колебаний, расположенные по краю диска 2 (не показаны) и перпендикулярно к нему, возбуждают в диске 2 стоячие изгибные колебания с пучностью, расположенной на краю диска 2. Энергия изгибных колебаний концентрируется в центре диска 2. Сконцентрированная энергия возбуждает продольные колебания в стержне 1 с пучностью, распложенной на свободном конце стержня 1 со стороны инструмента 3. Энергия продольных механических колебаний воздействует на рабочую среду через инструмент 3. Преобразователи механических колебаний (не показаны) могут располагаться с любой стороны диска 2, но в большинстве случаев практичнее на свободной от стержня 1 стороне. Размеры стержня 1 и диаметра диска 2 в первом случае размещения узла и во втором случае пучности изгибных стоячих волн в центре диска 2 различные.The proposed hub operates as follows. Mechanical vibration transducers located along the edge of the disk 2 (not shown) and perpendicular to it, excite standing bending vibrations in the disk 2 with an antinode located on the edge of the disk 2. The energy of the bending vibrations is concentrated in the center of the disk 2. Concentrated energy excites longitudinal vibrations in the rod 1 with the antinode located on the free end of the rod 1 from the side of the tool 3. The energy of longitudinal mechanical vibrations affects the working medium through the tool 3. Converters of mechanical vibrations d (not shown) may be located on either side of the disk 2, but in most cases it is more practical to free the rod from one side. The dimensions of the rod 1 and the diameter of the disk 2 in the first case of the node and in the second case of antinodes of bending standing waves in the center of the disk 2 are different.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2574171C1 true RU2574171C1 (en) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU353752A1 (en) * | RADIAL VIBRATION EMISSOR | |||
| SU591235A1 (en) * | 1976-07-05 | 1978-02-05 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Radial oscillation irradiator |
| US4333028A (en) * | 1980-04-21 | 1982-06-01 | Milltronics Ltd. | Damped acoustic transducers with piezoelectric drivers |
| RU2005110244A (en) * | 2005-04-11 | 2006-10-20 | Николаев Александр Ильич (RU) | METHOD FOR CONCENTRATION OF ULTRASONIC ENERGY AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
| WO2008080888A1 (en) * | 2007-01-02 | 2008-07-10 | Heraeus Psp France Sas | Device for producing ultrasonic vibrations |
| RU95563U1 (en) * | 2010-03-11 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет) | ULTRASONIC RADIATOR FOR LIQUID LOADS WITH INTERMEDIATE RESONATOR |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU353752A1 (en) * | RADIAL VIBRATION EMISSOR | |||
| SU327948A1 (en) * | В. П. Северденко, А. В. Степаненко , Н. Г. Сычев Белорусский политехнический институт | ULTRASONIC DEVICE FOR WASHING PRODUCTS | ||
| SU591235A1 (en) * | 1976-07-05 | 1978-02-05 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Radial oscillation irradiator |
| US4333028A (en) * | 1980-04-21 | 1982-06-01 | Milltronics Ltd. | Damped acoustic transducers with piezoelectric drivers |
| RU2005110244A (en) * | 2005-04-11 | 2006-10-20 | Николаев Александр Ильич (RU) | METHOD FOR CONCENTRATION OF ULTRASONIC ENERGY AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
| WO2008080888A1 (en) * | 2007-01-02 | 2008-07-10 | Heraeus Psp France Sas | Device for producing ultrasonic vibrations |
| RU95563U1 (en) * | 2010-03-11 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский автомобильно-дорожный институт (Государственный технический университет) | ULTRASONIC RADIATOR FOR LIQUID LOADS WITH INTERMEDIATE RESONATOR |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Silva et al. | Designing single-beam multitrapping acoustical tweezers | |
| WO2020029429A1 (en) | Vibration assembly, cosmetic device having same and using method thereof | |
| Yano et al. | Novel transfer method using near-field acoustic levitation and its application | |
| Rajabi et al. | Acoustic radiation force control: Pulsating spherical carriers | |
| RU2332266C1 (en) | Ultrasonic vibration system | |
| Lu et al. | A novel in-plane mode rotary ultrasonic motor | |
| CN104833726A (en) | Piezoelectric ultrasonic probe apparatus | |
| RU2574171C1 (en) | Mechanical vibration concentrator | |
| CN102403924B (en) | Wear mitigation method of linear ultrasonic motor and linear ultrasonic motor | |
| Deng et al. | Analysis and experimental study of vibration system characteristics of ultrasonic compound electrical machining | |
| Shvetsov et al. | Numerical modeling and optimization of acoustic fields and designs for high-intensity focused ultrasound transducers | |
| RU64274U1 (en) | DEVICE FOR LOW-FREQUENCY ACOUSTIC INFLUENCE ON THE PERFORATION ZONE AND OIL LAYER IN THE BOTTOM-HOLE ZONE | |
| Rajabi et al. | Acoustic manipulation of a liquid-filled spherical shell activated with an internal spherical oscillator | |
| Liu et al. | Dependence of acoustic trapping capability on the orientation and shape of particles | |
| Khmelev et al. | Increasing of efficiency of ultrasonic vibration system work for cavitation treating of liquid | |
| RU186060U1 (en) | SUBMERSIBLE ULTRASONIC UNIT ASSEMBLY, ENSURING THE STABILITY OF OPERATION OF ULTRASONIC EQUIPMENT | |
| RU138071U1 (en) | ULTRASONIC VIBRATION SYSTEM | |
| Khmelev et al. | Method of analysis of ultrasonic radiators on the base of flexural vibrations of disks with step-variable form | |
| RU94488U1 (en) | ULTRASONIC VIBRATION SYSTEM | |
| RU2376696C1 (en) | Deepwater low-frequency hydroacoustic emitter for acoustic tomography systems | |
| RU2730421C1 (en) | High-frequency piezoelectric transducer for ultrasonic coagulation | |
| RU2284228C1 (en) | Ultrasonic oscillating system | |
| Liu et al. | Ultrasonic trapping of small particles by a vibrating rod | |
| Zhang et al. | Experimental studies of a new type of non-contact rotary motors driven by surface acoustic waves | |
| Yu | Dispersion analysis and measurement of circular cylindrical wedge-like acoustic waveguides |