[发明专利]带电阻抗动态匹配的功率超声换能器装置

说明书

技术领域

本发明涉及超声换能器，具体是一种带电阻抗动态匹配的功率超声换能器装置。

背景技术

功率超声振动加工是指切削过程中通过对工件或刀具施加功率超声振动以进行切削的加工方法，该加工方法以其低温化、脉冲性、切削力小等优越性而越来越引起人们的重视。作为功率超声振动加工的关键部件，超声换能器是一种能量转换器件，其功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去。在功率超声振动加工过程中，工件或刀具随着加工的进行会发生实时变化，由此要求超声换能器具有很好的阻抗匹配性。然而在现有技术条件下，超声换能器由于自身结构所限，普遍存在阻抗匹配性差的问题，由此导致超声换能器的柔性和自适应性差，从而严重限制了超声换能器的使用范围。基于此，有必要发明一种全新的超声换能器，以解决现有超声换能器阻抗匹配性差的问题。

发明内容

本发明为了解决现有超声换能器阻抗匹配性差的问题，提供了一种带电阻抗动态匹配的功率超声换能器装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：带电阻抗动态匹配的功率超声换能器装置，包括后盖体、前盖体、六角螺钉、绝缘层、压电陶瓷晶片、电极片、导线、预紧弹簧、电阻抗匹配装置、端盖；其中，后盖体为前端设有敞口、后端设有端壁的筒状结构；后盖体的端壁中央开设有螺纹通孔；前盖体为阶梯柱状结构；前盖体的后部插装于后盖体的敞口内；前盖体的后端面中央开设有螺纹凹孔；六角螺钉贯穿螺纹通孔，且六角螺钉的尾部拧装于螺纹凹孔内；绝缘层附着于六角螺钉的侧面；压电陶瓷晶片的数目和电极片的数目均为六个；各个电极片和各个压电陶瓷晶片均为环状结构；各个电极片和各个压电陶瓷晶片均套装于六角螺钉的侧面，且各个电极片和各个压电陶瓷晶片由前向后交错层叠在一起；端盖为环状结构；端盖套装于六角螺钉的侧面，且端盖的前端面与第六个电极片的后端面紧贴；导线的数目为六根；各根导线的尾端与各个电极片一一对应连接；第一根导线的首端、第三根导线的首端、第五根导线的首端连接在一起；第二根导线的首端、第四根导线的首端、第六根导线的首端连接在一起；预紧弹簧套装于六角螺钉的侧面；预紧弹簧的后端与后盖体的端壁内表面紧贴；预紧弹簧的前端与端盖的后端面紧贴；电阻抗匹配装置压装于后盖体的端壁外表面；电阻抗匹配装置的两个输出端穿过后盖体的端壁分别与第一根导线的首端、第二根导线的首端连接。

工作时，如图5所示，将前盖体的前端面与外部变幅杆连接。将电阻抗匹配装置的两个输入端分别与外部超声发生器的两个输出端连接。将外部超声发生器的两个输入端与外部50Hz的交流电源连接。具体工作过程如下：首先，超声发生器将50Hz的交流电转换成超声频交变电流信号，并将超声频交变电流信号发送至电阻抗匹配装置。电阻抗匹配装置根据实际情况对接收到的超声频交变电流信号进行动态阻抗匹配，并通过各根导线将动态匹配后的超声频交变电流信号发送至各个电极片，利用压电陶瓷晶片的压电效应将超声频交变电流信号转换成超声频机械振动，并通过前盖体将超声频机械振动传递至变幅杆。最后，变幅杆对超声频机械振动进行放大，并将放大后的超声频机械振动作用在工件或刀具上，由此在轴向上实现功率超声振动加工。实际加工过程中，电阻抗匹配装置的作用主要是根据实际需要随时对整个系统进行动态阻抗匹配。后盖体的作用是保护各个电极片和各个压电陶瓷晶片。预紧弹簧的作用是提供预紧力。基于上述过程，与现有超声换能器相比，本发明所述的带电阻抗动态匹配的功率超声换能器装置通过采用全新结构，具备了良好的阻抗匹配性，由此大幅增强了超声换能器的柔性和自适应性，从而大大拓宽了超声换能器的使用范围。

本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了现有超声换能器阻抗匹配性差的问题，适用于功率超声振动加工。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的电阻抗匹配装置的结构示意图。

图3是本发明的电阻抗匹配装置的结构爆炸图。

图4是本发明的电阻抗匹配装置的原理图。

图5是本发明的工作状态参考图。

图中：1-后盖体，2-前盖体，3-六角螺钉，4-绝缘层，5-压电陶瓷晶片，6-电极片，7-导线，8-预紧弹簧，9-电阻抗匹配装置，10-底座，11-压盖，12-螺栓，13-插接座，14-第一固定电感，15-第二固定电感，16-第一可调电容，17-第二可调电容，18-超声发生器，19-变幅杆，20-端盖。

具体实施方式