Расчет магнитострикционных акустических головок

Ультразвуковая головка технологической установки включает в себя: электромеханический магнитострикционный преобразователь, трансформатор колебаний с диафрагмой крепления, волновод, или сменный рабочий инструмент, корпус – бачок, охлаждаемый проточной водой, электрическую обмотку. (Рис.4.1)

Рис. 4.1 Схема магнитострикционной акустической головки

Магнитострикционный преобразователь представляет собой пакет, набранный из пластин толщиной 0,15-0,2 мм. В качестве материалов, применяемых для магнитострикционных преобразователей, в настоящее время используют: никель, железокобальтовый сплав – пермендюр, ферриты, альфер (сплав алюминия с железом). Различные материалы ведут себя в переменном магнитном поле не одинаково. Большинство материалов при наложении магнитного поля удлинняются. Такую магнитострикцию называют положительной (пермендюр, альфер). Никель и феррит при наложении магнитного поля укорачиваются, и в этом случае эффект называют отрицательным. Основные их характеристики приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Свойства магнитострикционных материалов

Пластина магнитострикционного пакета функционально может быть разбита на участки: стержни, окно, накладки (рис. 4.2).

Рис. 4.2 конструкция магнитострикционного пакета

Полная высота пакета определяется как: l=h+2в. Ширина стержня в пакете выбирается обычно, как 1/3 ширины пакета b. Высоту накладки выбирают равной в= (1,0-1,2)a. Ширина пакета b  и толщина t должны быть существенно меньше половины длины волны.

Общая длина пакета может быть вычислена по формуле:

.

Собственная частота пакета, после округления полученных расчетных данных уточняется по формуле:

, Гц.

Трансформатор колебаний (волновод) обычно служит для передачи колебаний от магнитостриктора к рабочему инструменту, с одновременным увеличением амплитуды колебаний.

В качестве материалов для волноводов, используются стали и сплавы с малым коэффициентом механических потерь и, одновременно, обладающих удовлетворительными прочностными показателями, и также износоустойчивостью, коррозионной стойкостью и пр. Перечень материалов, применяемых для изготовления волноводов, приведен в табл.4.2.

Таблица 4.2 Свойства металлов для изготовления волноводов

Увеличение амплитуды колебаний осуществляется за счет изменения поперечного сечения волновода. В зависимости от закона изменения этого сечения волноводы подразделяют на: ступенчатые, конические, экспоненциальные и сложносоставные.

Площадь входного торца определяется поперечными размерами магнитострикционного преобразователя. Площадь выходного торца выбирают из необходимого коэффициента трансформации.

Для ступенчато-цилиндрического волновода (рис.4.3)коэффициент усиления

Рис. 4.3 Схема ступенчато-цилиндрического волновода

определяется как отношение квадратов диаметров входного и выходного торцев:

 ,

где d₁ –  диаметр входного торца, d₂ – диаметр выходного торца.

Резонансная длина ступенчато-цилиндрического:

,

где n – число полуволн, укладывающихся в длине волновода, f  - частота, гц, Е – модуль упругости материала волновода, дин/см² , С – скорость распространения звука в материале волновода, см/сек,  - плотность материала, г/cм³.

Рабочий инструмент представляет собой стержневой волновод, обычно имеющий линейные (конический), или экспоненциальный закон изменений площади сечения по длине волновода(рис. 4.4).

Рис.4.4 Экспоненциальный волновод

Если волновод представляет собой тело вращения, то его диаметр изменяется по закону:

,

где   , а - коэффициент затухания и коэффициент усиления соответственно. 

Резонансная длина экспоненциального волновода определяется по формуле:

.

Коэффициент усиления для экспоненциального волновода определяется как отношение диаметров входного и выходного торцев:

.

После определения резонансной длины волновода строят пошаговое изменение диаметра волновода от входного торца до выходного. Для чего составляется сводная таблица данных по расчету волновода (табл. 4.3).

Таблица 4.3 Сводная данные размеров волновода

Х, см			Dх=D0	Dх /2
0 1 2 - - lэксп

Далее по данным таблицы строят шаблон для изготовления волновода.

Литература

1. Зайцев К.И., Мацюк Л.Н. Сварка пластмасс, М.: Машиностроение, 1978. – 234 с

2. Волков С.С. Сварка и склеивание полимерных материалов, М.: Химия, 2003. – 374 с

3. Волков С.С., Черняк Б.Я. Сварка пластмасс ультразвуком. М.: Химия, 1986. – 256 с.

4. Сварка полимерных материалов: Справочник/ К.И. Зайцев, Л.Н. Мацюк, А.В. Богдашевский и др. - М.: Машиностроение, 1988.- 312 с.

Содержание

1.Общие понятия о пластических массах……………………………………   3

1.1. Основные определения………………………………………………………   3

1.2. Структура и основные свойства полимеров………………………………...  4

1.3. Физические состояния полимеров…………………………………………    6

1.4. Характеристика наиболее распространенных полимеров………………… . 8

1.5. Методы переработки пластмасс…………………………………………….    10

2. Сварка пластмасс………….………………………………………………. 13

2.1. Механизм образования соединений…………………………………………. 13

2.2. Сварка пластмасс нагретым газом……..… ………………………… ….   15

2.3. Сварка пластмасс расплавом………………………… ……………………  20

2.4. Сварка пластмасс нагретым инструментом…………………………… ……22

2.5. Сварка пластмасс ультразвуком……………………..………………………..28

2.6. Сварка пластмасс трением……………………… ……………………………35

2.7. Сварка пластмасс в поле токов высокой частоты………………………….. 37

2.8. Сварка пластмасс инфракрасным излучением……………………………… 42

3. Сварка пластмассовых трубопроводов…………………………………………45

3.1 Выбор типоразмера трубы ……………………………………………………..45

3.1 Сварка труб нагретым инструментом встык………………………… ……… 46

3.2 Сварка труб нагретым инструментом враструб …………………………….   51

3.2 Сварка с помощью соединительных деталей с закладными нагревателями. 54

4. Ультразвуковые технологии …………………………………………………..   59

4.1. Применение ультразвука в технологических процессах…………………..   59

4.2. Расчет магнитострикционных акустических  головок……………………… 60

Литература …………………………………………………………………………..64