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超聲波變幅桿又稱超聲變速桿、超聲聚能器。在超聲技術(shù)中,特別在高聲強(qiáng)超聲設(shè)備的振動系統(tǒng)中是很重要的。
超聲波變幅桿作用是把機(jī)械振動的質(zhì)點(diǎn)位移或速度放大,或者將超聲能量集中在較小的面積上,即聚能作用。我們知道,超聲換能器輻射面的振動幅度在20kH范圍內(nèi)只有幾微米。而在高聲強(qiáng)聲應(yīng)用中,如超聲加工、超聲焊接、超聲金屬成型(包括超聲冷拔管飛絲和鉚接等)和某些超聲外科設(shè)備及超聲疲勞試驗(yàn)應(yīng)用中,輻射面的振動幅度一般需要幾十到幾百微米。因此必須在換能器的端面連接超聲波變幅桿,將機(jī)械振動幅度放大。除此以外,超聲波變幅桿還可以作為機(jī)械阻抗變換器,在換能器和聲負(fù)載之間進(jìn)行阻抗匹配,使超聲能量有效地從換能器向負(fù)載傳輸。
超聲波變幅桿性能可以用許多參數(shù)來描述。在實(shí)際應(yīng)用中常用的是:共振頻率(共振長度)、放大系數(shù)、形狀因數(shù)、輸入力阻抗和彎曲勁度等。放大系數(shù)是指變幅桿工作在共振頻率時(shí)輸出端和輸入端的質(zhì)點(diǎn)位移或速度振幅的比值;形狀因數(shù)是衡量變幅桿所能達(dá)到振動速度的指標(biāo)之一,它僅與變幅桿的幾何形狀有關(guān),值越大,所能達(dá)到的振動速度也越大。輸入力阻抗定義輸入端策動力與質(zhì)點(diǎn)振動速度的復(fù)數(shù)比值。在實(shí)際應(yīng)用中常常要求輸入力阻抗隨頻率及負(fù)荷的變化要小。彎曲勁度是彎曲柔順性的倒數(shù)。變幅桿越長,彎曲柔順性越大,在許多實(shí)際應(yīng)用中這是需要避免的。彎曲勁度也與變幅桿的幾何形狀有關(guān)。
在超聲波焊接的應(yīng)用中,人們根據(jù)實(shí)際需要研究出各種類型的變幅桿。簡單也是較常用的變幅桿有:指數(shù)形,懸鏈線形,階梯形和圓錐形變幅桿。這類變幅桿稱為單一變幅桿。此外,為改善變幅桿的某些性能,如提高形狀因數(shù),增加放大系數(shù)等,還研究出各種組合型變幅桿,這類變幅桿由兩種以上不同形狀的桿組成。在實(shí)際應(yīng)用中還出現(xiàn)一些由多個單一變幅桿級聯(lián)工作的組合系統(tǒng),這是另一個問題。除了上面提到的變幅桿外,在某些應(yīng)用中有時(shí)還需要一些非桿形的振動振幅變換器,其形狀有盤形、長方形等,我們稱其為變幅器。有些變幅器不但有振動變幅的變換功能,而且還有振動方向的變換功能。