[发明专利]可换向的纵振动方向变换器的设计方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于超声波纵振动系统设计技术领域，特别涉及一种可一端输入多端输出的可换向的纵振动方向变换器的设计方法及用该方法设计的纵振动方向变换器。

背景技术

超声纵振动系统包括超声换能器、变幅杆及工具头，传统的超声纵振动系统中，一个换能器只能连接一套变幅杆及工具头，因而也只能有一个输出端对处理对象进行处理，再则，如超声凝聚、超声除泡、超声除尘等一些应用中，需要对流体进行大功率大面积、全方位地超声辐射应用时，需要应用多套传统的超声纵振动系统，使得工作效率难以保证，而且系统运行成本较高。

发明内容

针对上述现有技术所存在不足，本发明提供了一种可实现一端输入、多段输出，达到多个输出端可同时对多个处理对象作用，并且设计过程简单的可换向的纵振动方向变换器的设计方法。

本发明还提供了一种用上述设计方法所设计的处理工作效率高、运行成本低、安装方便的纵振动方向变换器。

本发明实现上述目的所采用的技术方案是：该纵振动方向变换器的输入杆与输出杆通过方向变换体连接，输入杆、方向变换体以及输出杆设计满足：

在输入杆及输出杆的端面处满足：纵向力、横向力和力矩为零的自由边界条件；在输入杆与方向变换体连接处满足：位移、纵向力、横向力、转角及力矩连续；方向变换体与各输出杆连接处的位移和转角对应连续，并且方向变换体输出端的纵向力、横向力对应为各输出杆的纵向力、横向力之和，方向变换体输出端的力矩为各输出杆的力矩之和。

一种用上述的设计方法所设计的纵振动方向变换器是由依次连接的输入杆、方向变换体以及至少2个输出杆组成，所述输出杆在同一平面分布并且关于输入杆的中心轴对称分布；

上述输入杆及输出杆的端面处满足：纵向力、横向力和力矩为零的自由边界条件；在输入杆与方向变换体连接处满足：位移、纵向力、横向力、转角及力矩连续，方向变换体与各输出杆连接处的位移和转角对应连续，并且方向变换体输出端的纵向力、横向力对应为各输出杆的纵向力、横向力之和，方向变换体输出端的力矩为各输出杆的力矩之和。

上述各个输出杆的直径、长度相等。

上述输入杆的长度l₁与输出杆的长度l₃以及方向变换体沿纵振动传递方向上的线度l₂之和满足：l₁+l₂+l₃＜λ，λ为该振动方向变换器的纵振动频率所对应的波长。

上述输入杆的直径、输出杆的直径以及纵振动变换体沿垂直于纵振动传递方向上的线度均小于该振动方向变换器的纵振动频率所对应的四分之一波长。

本发明所提供的可换向的纵振动方向变换器的设计方法，其通过方向变换体将一个输入杆与多个输出杆耦连为一体，实现一端纵振动输入多个方向上纵振动输出，可以达到多个输出端同时作用于多个或者大面积的处理对象的目的，实现大面积对流体进行超声辐射的应用，提高超声处理效率，节省生产成本，此外，本发明结构设计简单，更换拆装方便，还可以根据实际应用灵活选择输出杆的个数及方向，适于大范围推广应用。

附图说明

图1为可换向的纵振动方向变换器的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。

实施例1

由图1可知，本实施例的可换向的纵振动方向变换器是由输入杆1、方向变换体2以及上输出杆4、中输出杆3和下输出杆5连接构成。

其中输入杆1与方向变换体2连接，在方向变换体2的另一端面上用螺纹方式连接有3个输出杆，分别为上输出杆4、中输出杆3以及下输出杆5，上输出杆4、下输出杆5关于输入杆1的中心轴对称，且与输入杆1中心轴之间形成的夹角为θ，90°>θ>0°，而中输出杆3安装在上输出杆4和下输出杆5之间，并且其中心轴与输入杆1的中心轴在同一平面上，为了便于上输出杆4和下输出杆5与方向变换体2安装，将方向变换体2与上输出杆4、下输出杆5接触的位置加工为斜面，其倾斜角度与θ相等，只要满足方向变换体2与上输出杆4、下输出杆5充分接触即可。