[发明专利]一种大尺寸环形圆锥型超声变幅杆的设计方法

摘要

一种大尺寸环形圆锥型超声变幅杆的设计方法，属于功率超声变幅杆设计领域。本发明解决了现有超声变幅杆多为实心结构，缺少环形结构，以及实心超声变幅杆的放大系数有限的问题。它包括以下步骤：步骤一、计算α、l、面积系数N、圆波数k和波长λ；步骤二、计算谐振长度L；步骤三、计算位移节点x0；步骤四、计算放大系数Mp；步骤五、设应变极大点xM，进而求得形状因数步骤六、运用模拟软件依据步骤一至步骤五中给定的数据和计算的结果进行数值模拟，对环形超声变幅杆的设计进行优化。本发明适用于大尺寸环形圆锥型超声变幅杆的设计。

主权项

一种大尺寸环形圆锥型超声变幅杆的设计方法，其特征在于，一种大尺寸环形圆锥型超声变幅杆的设计方法，它是按以下步骤实现的：步骤一、变幅杆的母线选为圆锥形，设振动频率为f、纵波波速为C、大端直径为D1、小端直径为D2、中心孔直径为D0，由于环形圆锥型变幅杆可以类比成实心圆锥型变幅杆，因此可得到α、圆波数k、面积系数N分别为：α=D1-D2(D1-D0)lk=2πfCN=D1-D0D2-D0tan(kl)=kl1+N(N-1)2(kl)2---(1)]]>在已知D1、D2、D0、f、C时，即可求出α、k、N及l。纵波波长λ为:λ=Cf---(2)]]>在已知f、C时，即可求出λ。步骤二、将步骤一中求得的λ、k、和l代入谐振长度公式(3)中可求出谐振长度L：L=λ2·klπ---(3)]]>步骤三、将步骤一中求得的k、α代入位移节点公式(4)中可求出位移节点x0为：x0=1karctan(kα)---(4)]]>步骤四、将步骤一中求得的N、k及l代入放大系数公式(5)中可求出放大系数Mp为：Mp=|N(coskl-N-1Nklsinkl)|---(5)]]>步骤五、设xM为应变极大点，根据步骤一求得的N、α、k和l代入公式(6)中可得到形状因数为：步骤六、运用模拟软件依据步骤一至步骤五中给定的数据和计算的结果进行数值模拟，对环形超声变幅杆的设计进行优化。