安装有许多对角裂缝零件的一维纵扭振动转换器

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1、安装有许多对角裂缝零件的一维纵扭振动转换器Jiromaru Tsujino*, Tetsugi Ueoka, Kenichi Otoda, Atsushi FujimiFaculty of Engineering, Kanagawa University, Yokohama 221-8686, Japan 摘要：为了提高一维纵扭振动转换器可得到的振动速度，对旨在减少 振动节点部分的最大振动应力水平并且要避免安装在转换器的纵向节 点位置的带有许多裂缝的零件的新型的复杂振动转换器进行了研究。 转换器的自由端以椭圆或圆形轨迹振动。带有从椭圆形到圆形或者从 长方形到正方形轨迹的复杂振动系统可有效应用于

2、需要大功率的场 合，包括金属或者塑料的超声波焊接，超声波焊线的集成电路，大规 模集成电路和装置和超声波马达。安装有许多带裂缝部件的转换器比 只安装一个带有裂缝零件的转换器在振动应力水平和品质因数方面会 得到提高。关键词：圆形振动轨迹复杂的振动复杂振动超声波焊接纵扭振 动转换器超声波马达超声波塑料焊接带有对角裂缝的振动转换 器加我qq, 1985639755 要英文原文丫1.简介带有从椭圆形到圆形或者从长方形到正放形位点的复杂振动系统 适用于大功率场合的使用。在纵向振动节点区域安装有一个裂缝零件 且由纵向振动系统驱动的一维纵扭振动转换器适用于大规模场合的应 用，这些场合包括：各种材料的超声波焊接

3、，超声波焊线的集成电路， 大规模集成电路和装置和超声波马达。为了提高振动的优点和增加转 换器的可获得振动速度，对带有许多裂缝零件的新型转换器做了研究。 裂缝零件可以安装在许多位置，但是要避免安装在纵向节点位置处以 便减少振动节点部分的最大应力振动数值。使用很多裂缝零件可以使 最大振动应力和质量因数增加，同时在相同的驱动电压下最大振动振 幅会明显增大。这种转换器由很突出的优点，因为和只有一个裂缝零 件的转换器相比，其最大振动应力较小，而且这种振动器的最大振动 振幅会明显增加。沿着转换器分布的振动轨迹，振动速度和相分布可 以通过激光多普勒测振仪进行测量。这种新型的转换器用于超声波塑 料焊接和超声波

4、马达中。这种新型转换器可获得的最大振动速度会显著增加。使用复杂的 振动转换器可以使塑的焊接优点得以提高。超声波马达声使用的15mm直径的新型振动器的纵扭振动幅和以 前的转换器相比，在相同的驱动电压60v,55kHz条件下，会从6um增 加到将近12um.安装有多缝隙零件的转换器在提高振动的优点和增加可得到的复 杂振动速度方面是很有效的。2振动转换器的构造两个直径为20mm,长度为79mm的振动转换器的构造如图1所示， 而且这两种转换器在除了纵向节点部分外安装有裂缝零件。用铝合金 (JISA7075B)制造的圆柱形纵扭转换器在圆周的纵向振动节点部分的 两端安装有两个裂缝零件。转换器由纵向振动源驱

5、动。在实验中使用 了具有相同角度和不同角度对角裂缝零件的各种转换器。振动转换器 有18个呈45或135的对角裂缝，这些10mm宽，0.5mm宽的裂缝是 用电火花机床加工出来的。裂缝深度从1.0mm到30.mm之间变化。转 换器的自由端部分以纵扭的方式振动并且轨迹呈椭圆形。Diagonally slitXIB 10.0 mm length 0.5 pm widthLongiludinal1.0 mm depth Torsional vibralimvibration Slittsd partS硕祝 part j芸矿非予衣6盘.才一电-；-寸字-(J IS A7W5B)多-system jNt J

6、 vibrationWelding tipp.| imm间 Converter with different angle slitted p.rts :：, Complex* 28：49 mm *76 mm -(b) Converter with ame angle stitted parts图1，安装有一对裂缝零件的不同的一维纵扭振动转换器3带有两个裂缝零件的转换器的振动特点对转换器的整个振动系统的自由进入循环进行了测量。具有不同 角度裂缝零件(a)和具有相同角度裂缝零件(b)的质量因数I Ymol 在890Kpa的稳定压力条件下焊接，其数值大致是600和30ms。由于纵 向振动和扭转振动的

7、共振频率很接近，所以转换器振动系统的进入循环显示出单一的圆形。两个系统的质量因数是很大的。在转换器的自 由边沿可以得到椭圆位点。4复杂振动超声波塑料焊接4.1复杂振动转换器的振动特点图2显示了驱动频率和带有复杂振动系统的振动转换器的扭转振 动速度之间的关系。驱动电压稳定在20V。扭转振动速度在26.3kHz和 26.4kHz附近的不同频率处有最大的数值。在转换器的自由边沿会出现 椭圆的轨迹。带有一对裂缝零件的复杂振动转换器，在频率为26.8kHz时，其扭 转径向的振动速度分布如图3所示。扭转振动速度的节点部分通常位 于左侧的裂缝区域，并且振动速度在自由边沿达到最大数值。1.0.75.5Conv

8、Drherter /ing voa) tage=2。V rmsJu-oLmgitud slocity (|_inal vib m/s)ration一Torsi or velocittai vibrationHnVs)J(E)己O巾WA UQHWqs -1SLIOWO PCE7s.Epn 言co-l.25Driving frequency (kHz)图2,沿着（时和（b）复杂振动转换器扭转径向振动速度的分布。驱动电压为20V。20伯105 官土) 胃如常P*M图3,带有复杂振动系统的振动转换器（人）驱动频率和纵扭振动速 度之间的关系。驱动电压为20V。带有一对裂缝零件的复杂振动转换器的径向振动速

9、度分布也可以 用图3所示。径向振动速度最大位置处也即纵向振动节点位置，并且 纵向节点位置位于两裂缝零件之间。在径向节点位置处转换器的应力 分布有一个最大数值，然而两个裂缝区域并不存在于这个位置。4.2复杂振动超声波塑料焊接的焊接特点焊接时间，焊接部分试件的变形厚度和用频率为27kHz带有复杂振 动系统的转换器（a）和（员搭接的聚丙烯板的强度之间的关系如图4 所示。通过转换器（a）所得到的焊接强度要大于通过转换器（b）所 得到的强度。由于（a）中振动系统有一个更大的扭转振动元件，相比 之下，其所需的焊接时间要短。在焊接部分试件变形厚度的减少通常 和所得的强度是一致的。和带有纵向振动系统的转换器相

10、比，带有复 杂振动系统的转换器焊接工件的时间要短。复杂振动既对金属材料的 焊接有效，又适用于塑料的超声波焊接。5带有扭转转换器的超声波马达5.1超声波马达的构造Welding time (s装)蛆*睿一PEUUSM0 5 0 2 11 官e5u也福2*孝图4,焊接时间，变形焊接高度和搭接起来的聚丙烯板的焊接强度之间 的关系（厚度为1.0mm），使用一个频率为27kHz复杂振动系统的转换 器（殓和（b）进行焊接。超声波马达和直径为15mm的振动转换器的构造如图5所示。图5 （a）和（b）分别显示了安装有一个裂缝零件的直径为15mm的马达和 安装有一对裂缝零件的直径为15mm的马达。拿安装有一个裂

11、缝零件的 转换器为例，裂缝零件是沿着圆柱形扭转振动转换器安装在纵向振动 的节点位置。相反，安装有一对裂缝零件的转换器，其裂缝零件不安 装在纵向振动节点位置。带有对角裂缝的转换器是由两个直径为15mm, 厚度为5.0mm的压电陶瓷片的纵向振动源驱动的。振动转换器裂缝零 件有12个呈45或者135，0.5mm宽，10mm或者5mm长的对角裂纹。 这些裂纹是沿着铝合金制的转换器的圆周用点火花机床加工而成的。 直径为15mm转换器裂纹的深度从1.5mm到3.5mm之间变化。转换器的自由边沿以纵扭的方式振动，且振动轨迹呈椭圆形。PZT纵向振动传感器，它是安装有一个用于支撑马达的凸缘的纵向 振动棒和裂缝圆

12、柱通过螺栓连接而成的。转换器的驱动部分和转子部 分通过使用弹簧来压紧。使用1500-2000的网抛光粉可以把转换器的 驱动表面和转子研磨得光滑平整。5.2直径为15mm的超声波马达的振动特点当驱动频率变化的时候，转换器自由边沿的纵扭振动振幅可以由两 台激光多普勒测振仪进行测量。这些转换器有和图2相近的纵扭共振 频率。在频率为50-55kHz之间不带有转子的单一和一对裂缝零件的转 换器的最大纵向振动振幅大约为6um和12um。在频率接近55kHz时， 带有转子转换器的最大纵向振动振幅大致为3um和9um。和只带有一个 裂缝零件转换器的振幅相比，带有一对裂缝零件的转换器的最大振幅 是其2-3倍。5.3转换器驱动表面的振动位点PZT Vibrationdisks converterSlitted part Corned LockRotor spring nuts