[发明专利]椭圆超声振动刀柄及其解析设计方法

权利要求书

1.一种椭圆超声振动刀柄，其特征在于，包括变幅杆、设置在所述变幅杆的两个端部的刀具定位组件以及设置在所述变幅杆上的压电换能机构，两个待安装刀具分别通过相应的所述刀具定位组件固定在所述变幅杆的两端；并且，两个所述待安装刀具相互垂直；其中，

在所述变幅杆的侧壁上开设有定位槽，所述压电换能机构包括在所述定位槽的内部自内向外嵌设的负极电极片和压电陶瓷片，在所述压电陶瓷片远离所述负极电极片的一面设置有正极电极片，在所述正极电极片的外侧设置有压紧组件；并且，

所述负极电极片与所述压电陶瓷片之间以及所述正极电极片与所述压电陶瓷片之间均通过所述压紧组件挤压贴合：

所述变幅杆的中部的横截面呈四边形结构，在所述变幅杆的中部的四个面上均开设有所述定位槽；并且，

所述压紧组件包括设置在各正极电极片的外侧的钢盖以及套设在所述变幅杆的中部的外侧的四边形套筒，所述四边形套筒的四个面分别通过预紧螺栓将相对应的四个钢盖压紧固定。

2.如权利要求1所述的椭圆超声振动刀柄，其特征在于，

在所述正极电极片与所述钢盖之间夹设有绝缘垫；并且，

所述变幅杆的中部的横截面呈正四边形结构，其中，任意相对的两个所述压电陶瓷片对称设置，任意相邻的两个所述压电陶瓷片垂直设置。

3.如权利要求2所述的椭圆超声振动刀柄，其特征在于，

所述刀具定位组件包括定位螺丝和垫片，两个待安装刀具分别通过相应的所述定位螺丝配合所述垫片固定在所述变幅杆的两端。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的椭圆超声振动刀柄，其特征在于，

所述变幅杆包括处于中部的第一阶梯段、处于所述第一阶梯段两侧的两个第二阶梯段以及分别处于两个所述第二阶梯段的外侧的第三阶梯段；其中，

所述第一阶梯段、所述第二阶梯段以及所述第三阶梯段一体成型；并且，所述第一阶梯段的横截面呈正四边形结构，所述第二阶梯段与所述第三阶梯段的横截面均呈圆形，两个所述刀具定位组件分别设置在两个所述第三阶梯段远离所述第二阶梯段的一端。

5.如权利要求4所述的椭圆超声振动刀柄，其特征在于，

所述第一阶梯段、所述第二阶梯段以及所述第三阶梯段均为等截面杆。

6.如权利要求4所述的椭圆超声振动刀柄，其特征在于，

在两个所述第二阶梯段与所述第三阶梯段的连接处均设置定位法兰，所述定位法兰与所述变幅杆一体成型；并且，

所述定位法兰包括内圈和外圈，其中，所述内圈与所述变幅杆固定连接，所述外圈连接在所述内圈外侧，所述内圈的厚度小于所述外圈的厚度。

7.一种如权利要求1至6中任意一项所述的椭圆超声振动刀柄的解析设计方法，其特征在于，所述解析设计方法包括：

确定所述椭圆超声振动刀柄的工作频率、材料参数、所述变幅杆的阶梯段数以及各阶梯段的横截面积；其中，所述阶梯段数为3，第一阶梯段处于中间，两个第二阶梯段处于所述第一阶梯段的两侧，两个第三阶梯段分别处于两个所述第二阶梯段的外侧；

基于铁木辛柯弯曲振动理论根据所述工作频率、材料参数、以及各阶梯段的横截面积确定各阶梯段的轴向长度；

将各阶梯段相连接形成所述变幅杆；其中，所述各阶梯段之间的连接处处于所述变幅杆的弯振振动的波节位置或波腹位置，所述压电陶瓷片处于所述变幅杆的弯振振动的波腹位置。

8.如权利要求7所述的椭圆超声振动刀柄的解析设计方法，其特征在于，所述椭圆超声振动刀柄的解析设计方法还包括：

根据待安装刀具的厚度确定所述第三阶梯段的直径；

基于面积衰减系数根据所述第三阶梯段的直径确定所述第一阶梯段的直径和所述第二阶梯段的直径。

9.如权利要求8所述的椭圆超声振动刀柄的解析设计方法，其特征在于，

所述面积衰减系数为所述椭圆超声振动刀柄的振动放大系数的均方根；并且，

所述第二阶梯段的直径为所述第三阶梯段的直径除以所述面积衰减系数，所述第一阶梯段的直径为所述第二阶梯段的直径除以所述面积衰减系数。