Вход

Ультразвуковые колебательные системы технологического оборудования. Классификация колебательных систем

Реферат по радиоэлектронике
Дата добавления: 01 июля 2009
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 8 Мб (архив zip, 920 кб)
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ ИРАДИОЭЛЕКТРОНИКИ


Кафедра электронной техники и технологии







РЕФЕРАТ

на тему:

«Ультразвуковые колебательные системы технологического оборудования. Классификация колебательных систем»










МИНСК, 2008


Ультразвуковая колебательная система (УЗКС) предназначена для преобразования электрической энергии в акустическую и передачи ее ультразвуковому инструменту или технологической среде. Типичная УЗКС система показана на рис. 1. Колебательная система работающая в режиме продольных колебаний.


Рисунок 1. Колебательная система в режиме продольных колебаний

1 - преобразователь; 2 - корпус; 3 - опора; 4 - концентратор; 5 - инструмент; 6 - звукопоглащатель; 7. - уплотнение; 8. - охлаждающая жидкость.


Она состоит из преобразователя 1, трансформатора 4, инструмента 5 и поглотителя звуковых колебаний 6. Опоры 3 служат для крепления корпуса 2 и всего узла в составе технологической установки. Жидкость 8 охлаждает систему при ее нагреве. Герметизация охлаждаемого объема осуществляется уплотнением 7. В колебательной системе любой конструкции всегда присутствует активный и пассивный элемент. Активный элемент системы, УЗ преобразователь предназначен для непосредственного преобразования энергии электрических колебаний в энергию механических колебаний. По принципу работы преобразователи бывают: электродинамические, электростатические, пьезоэлектрические, электромагнитные, магнитострикционные. Наибольшее распространение получили магнитострикционные и пьезоэлектрические. Они позволяют достаточно эффективно преобразовывать и излучать в нагрузку большие плотности акустической энергии. Пассивный элемент системы выполняет одну или несколько из следующих функций

  1. Трансформация амплитуд;

  2. Согласование механического сопротивления внешней нагрузки (инструмента, технологической среды) с внутренним сопротивлением активного элемента.

  3. Крепление колебательной системы в технологической машине.

  4. Связь колебательной системы с инструментом.

  5. Создание УЗ поля в технологической среде (например, в моющей жидкости), технологическом устройстве корпуса ванны, обрабатываемом объекте (расплаве металла).

В зависимости от выполняемой функции пассивный элемент может называться волноводом (ф.2,3), трансформатором амплитуд или концентратором (ф.1,2,3) или излучателем (ф.3,5). Иногда пассивный элемент выполняет функцию преобразования колебаний: например, продольных в изгибные, продольных в крутильные и т.д. Активный и пассивный элементы жестко соединяются между собой. Причем это соединение может быть как разъемным, так и не разъемным.

Параметры колебательных систем.

1. Резонансная частота (f0) - частота на которой достигаются наибольшие значения колебательных смещений и скоростей.

На резонансной частоте достигается наилучшее согласование всех элементов системы.

Система может иметь несколько резонансных частот. Для каждой резонансной частоты характерна своя форма колебаний и геометрическое распределение стоячей волны (изгибные, крутильные, продольные, комбинированные и т.д.)

Добротность Q - отношение накопленной в резонансной системе энергии к потерям ее за одни период.

Добротность характеризует крутизну и вид АЧХ, ширину полосы рабочих частот колебательной системы.

Обычно добротность определяют экспериментально. Для этого снимают экспериментальную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) и вычисляют по формуле


Рисунок 2. К определению добротности.

, (1)

Где ?f = f1-f2 - изменение частоты колебаний системы, при которой амплитуда колебаний уменьшается в е раз.

При использовании колебательной системы для излучения в жидкости

Q = 10-20, что обеспечивает максимальную подачу энергии. При работе с концентратором стремятся к высоким значениям добротности Q = 100-1000. Такая добротность обеспечивает большие амплитуды колебаний выходного торца концентратора.

Механический импеданс (z) - отношение знакопеременного давления в какой либо точке поверхности тела или жидкости, на которое воздействует колебательная система, к колебательной скорости в этой точке.

При f0: z = zmin; при f ? f0 значение z?max;

Соответственно при zmin: ? = ?max, а при z ? zmax ? << ?max.

Колебательная система еще характеризуется: амплитудой смещения, подводимой электрической мощностью, мощностью отдаваемой в нагрузку

Классификация технологических колебательных систем:

  1. По типу преобразователя УЗКС делят на магнитострикционные и пьезоэлектрические, гидродинамические и аэродинамические.

  2. По типу колебаний УЗКС делят на:

- системы продольных колебаний;

- системы продольных крутильных колебаний;

- cистемы продольных изгибных колебаний.

Рисунок 3 - Схематическое изображение продольных и поперечных деформаций в нулевой продольной волне.



Рисунок 5 - Схематическое изображение деформаций в изгибной волне.


Типы упругих колебаний

Продольные колебания однородного стержня постоянного сечения для одномерного случая описываются уравнением:

, (2)

где С2пр = Е/p, поскольку связь между напряжением и смещением выражается законом Гука. Решением уравнения является:

, (3)

где

.

Крутильные колебания однородного стержня постоянного сечения описываются уравнением

, (4)

где ? – угол поворота поперечного сечения стержня;

С2кр=G/p; G – модуль сдвига;

p – плотность.

Решение уравнения

, (5)

где .

Изгибные колебания однородного стержня описываются уравнением

, (6)

где С2изг = EJ/m;

E – жесткость стержня на изгиб;

J – момент инерции площади поперечного сечения стержня относительно нейтральной оси перпендикулярной плоскости колебаний;

m – масса стержня единичной длины.

Решением уравнения является выражение

, (7)

где

А, В, С, D – постоянные интегрирования определяются из граничных условий, соответствующих характеру связей существующих на концах стержня. Для нахождения четырех неизвестных надо задавать по два граничных условия на каждом конце стержня.

В простейшем случае конец стержня может быть:

  1. Свободен .

  2. Жестко закреплен .

  3. Свободно оперт (шарнирно закреплен) .

В чистом виде все три вида колебаний существуют редко. Наибольшее применение для технологических целей нашли системы продольных колебаний. Линейные размеры каждого элемента такой системы, да и самой системы в целом должны быть кратны половине резонансной длины волны

, (8)

где n – целое число.

По числу длин волн укладывающихся в колебательной системе их разделяют на типы: полуволновые, двухволновые, трехволновые и т.д.



Рисунок 6 - Полуволновые колебательные системы с преобразователем (1) и излучателем переменного сечения используют для излучения в жидкие среды.


Если мощности одного преобразователя недостаточно, то на пассивном элементе размещают несколько преобразователей. Причем размещают их в синфазно колеблющихся точках пассивного элемента, т.е. на расстояниях кратных длине волны.


При необходимости получения значительной амплитуды колебаний и компактности конструкции используют схему с четверть волновым преобразователем и концентратором. Недостаток схемы соединение концентратора с преобразователем в точке максимальных механических напряжений.

Двухволновые системы свободны от недостатков предыдущих. Точки крепления в кучности напряжений требует усиленного фланца. Используются в мощных технологических установках до 600 Вт.



В условиях мощности до 1,0 – 4,0 кВт используют трехполуволновые системы. Возможно два места крепления (чем ближе к выходу точки закрепления, тем выше жесткость системы). Возможно использование составного пассивного элемента.

Системы с большим числом полуволн используются реже.


ЛИТЕРАТУРА


1.Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн.1. /Под ред. П.Н.Учаева. — 3-е изд. испр. — М.: Машиностроение

2.Конструирование приборов: В 2-х кн. /Под ред. В.Краузе; Пер. с нем. В.Н.Пальянова; Под ред. О.Ф.Тищенко. —Кн.1. М.: Машиностроение

3. Конструирование приборов: В 2-х кн. /Под ред. В.Краузе; Пер. с нем. В.Н.Пальянова; Под ред. О.Ф.Тищенко. — Кн.2. М.: Машиностроение

4.Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии:Учеб. пособие для вузов.— М.: Высш. шк.,

© Рефератбанк, 2002 - 2017