[发明专利]超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器

说明书

技术领域

本发明涉及超声精密仪器加工技术领域，更具体地，涉及一种超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器。

背景技术

目前，在超声加工（如钻孔、铣削等）中，主要采用的是压电纵振换能器，即以压电陶瓷作为电-机能量转换元件，产生的机械振动为纵向振动（即沿主轴轴向）。研究表明，在超声加工中引入扭转振动（即沿主轴切向），能够减小切削扭矩和切削力（如钻削力、铣削力等），提高加工质量，延长刀具寿命。

对于压电换能器，可以通过以下两类方法来产生扭振：

1.制作切向极化的压电陶瓷晶堆。对压电陶瓷晶片作切向极化的制作工艺比较复杂，尤其是扇形晶片的切向极化，当尺寸较大时，会出现诸如电击穿、极化不完全等许多问题。因此尽管这种方法结构简单，但功率容量不大，在目前的陶瓷生产工艺水平下，很难研制出大功率高性能的扭转振动换能器。

2.通过一些具有特殊结构的传振装置，将振动模式从纵振或弯振转换为扭振。如：1)利用压电纵振或弯振换能模块在变幅杆的切向做推挽振动产生扭振；2）利用压电纵振换能器和具有螺旋形沟槽的变幅杆配合产生扭振；3)利用压电纵振换能器和斜槽式传振杆配合产生扭振。

这些方法多出了振动转换装置，结构比较复杂，能量转换效率较低，输出功率较小，对于大功率旋转超声加工而言适用性不高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种结构简单、能量转换效率高的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器。

根据本发明实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器，包括：换能器主体；线圈支架，所述线圈支架设在所述换能器主体上；壳体，所述壳体包括顶板、底板以及设在所述顶板和所述底板之间的多个超磁致伸缩棒安装管，多个所述超磁致伸缩棒安装管分别与所述顶板和底板连通且与所述底板的上表面之间倾斜成预定角度，所述顶板和底板上分别形成有安装孔；多个超磁致伸缩棒，所述超磁致伸缩棒分别安装在所述超磁致伸缩棒安装管内；第一导磁片和第二导磁片，所述第一导磁片和第二导磁片设在所述线圈支架内，且所述第一导磁片设在所述顶板的上方，所述第二导磁片设在所述底板的下方；上盖板和下盖板，所述上盖板和下盖板设在所述线圈支架内，且所述上盖板设在所述第一导磁片的上方，所述下盖板设在所述第二导磁片的下方；紧固件，所述紧固件依次穿过所述上盖板、第一导磁片、顶板和底板上的安装孔、第二导磁片和下盖板并将其紧固；磁性件，所述磁性件设在所述顶板和所述底板之间且分布在所述紧固件外周；和线圈，所述线圈绕在所述线圈支架上，所述线圈与所述紧固件同轴，所述线圈中通入超声频交变电流产生交变磁场以驱动所述超磁致伸缩棒产生纵-扭复合振动。

根据本发明实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器，利用倾斜成一定角度的超磁致伸缩棒直接产生纵-扭复合振动，减少了零部件，简化了换能器的结构，使换能器结构更为紧凑，有利于超声能量的高效传输；大大提高了能量转换效率，在同等条件下增大了输出功率和输出振幅；超磁致伸缩材料的声速低，并且改变了传统的振动模式转换装置，有利于换能器的小型化设计，减小了换能器质量，适合在超声加工中应用。

另外，根据本发明实施例的超磁致伸缩纵-扭复合振动超声换能器，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述顶板和底板分别形成为圆形，且所述底板的直径小于所述顶板的直径，所述安装孔分别设在所述顶板和底板的中心位置。

根据本发明的一个实施例，所述超磁致伸缩棒为四个，四个所述超磁致伸缩棒沿所述底板的外周间隔开均匀分布。

根据本发明的一个实施例，所述紧固件为螺栓，所述螺栓与所述下盖板通过螺纹连接。

根据本发明的一个实施例，所述线圈的竖直高度大于所述超磁致伸缩棒的竖直高度。

根据本发明的一个实施例，所述线圈支架与所述换能器主体一体形成。

根据本发明的一个实施例，所述超磁致伸缩棒为多个间隔开布置的切片，多个所述切片之间通过环氧树脂粘接。

根据本发明的一个实施例，所述换能器还包括：冷却管，所述冷却管的一端伸入到所述线圈支架和所述壳体之间的间隙内。

根据本发明的一个实施例，所述磁性件为永磁体。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：