一种超声波振动装置及超声波换能器的制作方法

1.本技术涉及超声波应用领域，具体的，包括一种超声波振动装置及超声波换能器。


背景技术：

2.振动工具要比普通工具工作效率要高很多，常规振动工具是由电磁结构或马达机构驱动的低频振动工具，低频振动工具噪音大，作用效率低，机械结构易磨损，寿命短。
3.另外，一些手持低频振动工具会导致一些严重的职业病，反复接触强烈的低频振动会导致导致血管、神经、肌肉以及手腕和手臂的关节受损，低频振动工具噪音也会导致操作工人听力受损。


技术实现要素：

4.本实用新型目的在于提供一种频率高，能量高，效率高，没有噪音的超声波振动装置及超声波换能器。
5.本实用新型的实施例可以通过以下技术方案实现：
6.一种超声波换能器，包括辐射块、压块、预应力螺栓、压电陶瓷片、电极片，er夹头和er螺母。
7.所述辐射块的两端分别为纵振输入耦合面和纵弯输出耦合锥孔，所述纵振输入耦合面和所述纵弯输出耦合锥孔之间设有偏振槽口和分振槽孔，所述分振槽孔和所述偏振槽口横向平行贯穿整个所述辐射块；所述辐射块振动节点的位置设有固定法兰。
8.优选的，所述辐射块长度方向为纵向，所述辐射块轴线沿所述辐射块长度方向设置，所述纵振输入耦合面同所述辐射块轴线垂直或趋近垂直，所述纵弯输出耦合锥孔同所述辐射块轴线同轴或趋近同轴。
9.优选的，所述纵振输入耦合面上设有预应力丝孔，所述预应力丝孔设在所述纵振输入耦合面上并同所述纵振输入耦合面垂直。
10.优选的，所述压电陶瓷片和所述电极片依次叠压在所述压块和所述辐射块之间，所述预应力螺栓穿过所述压块、所述压电陶瓷片和所述电极片同所述预应力丝孔相配合连接，所述预应力螺栓通过所述压块把所述压电陶瓷片和所述电极片紧固在所述辐射块的所述纵振输入耦合面上并保持一定的预紧压力。
11.优选的，所述固定法兰设在所述辐射块的振动节点区域，用于整个装置的固定装夹位置。
12.优选的，所述偏振槽口呈开放式的弧形渐变结构或封闭式的斜槽结构，所述偏振槽口位于所述纵弯输出耦合锥孔和所述固定法兰之间或所述纵振输入耦合面和所述固定法兰之间，并沿所述辐射块轴向呈非对称分布。
13.优选的，所述分振槽孔呈开放式或封闭式的槽孔型结构，所述分振槽孔位于所述纵弯输出耦合锥孔和所述固定法兰之间或所述纵振输入耦合面和所述固定法兰之间。
14.优选的，所述压电陶瓷片产生纵向振动激励，所述分振槽孔和所述偏振槽口两种
机构相配合，改变所述辐射块的振动模态，把所述压电陶瓷片产生的纵向振动改变为纵弯复合振动，纵弯复合振动从所述辐射块的所述纵弯输出耦合锥孔导出至振动工具，振动工具工作在纵弯复合振动模态。
15.优选的，一种超声波振动装置，包括上述超声波换能器及振动工具，超声波换能器与所述振动工具可拆卸连接。
16.优选的，所述辐射块上设有固定螺纹口，所述固定螺纹口设在所述纵弯输出耦合锥孔外侧并同所述纵弯输出耦合锥孔同轴；所述振动工具上设有工具柄；所述er螺母配合连接在所述辐射块的所述固定螺纹口上，所述er夹头配合连接在所述辐射块的所述纵弯输出耦合锥孔内。
17.所述振动工具的所述工具柄装配在所述er夹头内，所述er螺母同所述辐射块的所述固定螺纹口相配合把所述er夹头加紧在所述辐射块的所述纵弯输出耦合锥孔内，同时把所述振动工具的所述工具柄夹紧固定在所述er夹头内，从而实现了所述超声波换能器对所述振动工具的直接固定装夹。
18.本实用新型实施例提供的一种超声波振动装置及超声波换能器至少具有以下有益效果：
19.本实用新型提供了一种超声波振动工具装置，振动工具工作在超声波频段内，频率高，能量高，效率高，没有噪音。
20.本实用新型装置固定夹持位置设有固定法兰，固定法兰设置在超声波换能器的振动节点位置，振幅接近为零，在加上一些隔振措施，高频的超声振动不会传递到操作工人身体部位，不会对操作工人身体造成任何损伤。
21.本实用新型装置提供了一种纵弯复合振输出的超声波换能器，可以弥补现有纵振输出超声波换能器的不足，大大拓宽超声应用范围。
22.本实用新型装置的振动工具工作在纵弯复合振动模态下，振动振幅在工具体上分布较均匀，对于较长的工具，例如锉刀，钻头等，工作效率高，加工效果好。
23.本实用新型装置振动工具由换能器上的er夹头结构直接装夹，装夹精度高，振动工具更换方便简单。
24.本实用新型装置结构小巧简单，不占空间，利于在人工手持工具和机床旋转加工装置中使用，适合普遍推广。
附图说明
25.图1是本实用新型所述超声波振动装置及超声波换能器中实施例1的整体结构示意图；
26.图2是本实用新型所述超声波振动装置及超声波换能器中实施例1辐射块的剖面示意图图；
27.图3是本实用新型所述超声波振动装置及超声波换能器中实施例1的整体结构爆炸图；
28.图4是本实用新型所述超声波振动装置及超声波换能器中实施例2的整体结构图；
29.图5是本实用新型所述超声波振动装置及超声波换能器中实施例2辐射块的剖面示意图；
30.图6是本实用新型所述超声波振动装置及超声波换能器中实施例2的整体结构爆炸图。
31.图中标号
32.1.辐射块，1a.纵振输入耦合面，1b.预应力丝孔，1c.纵弯输出耦合锥孔，1d.固定螺纹口，1e.分振槽孔，1f.偏振槽口，1g.固定法兰，2.压块，3.预应力螺栓，4.er螺母，5.振动工具，5a.工具柄，6.压电陶瓷片，7.电极片，8.er夹头。
具体实施方式
33.以下，基于优选的实施方式并参照附图对本实用新型进行进一步说明。
34.此外，为了方便理解，放大(厚)或者缩小(薄)了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本实用新型的保护范围。
35.单数形式的词汇也包括复数含义，反之亦然。
36.在本实用新型实施例中的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，本实用新型的描述中，为了区分不同的单元，本说明书上用了第一、第二等词汇，但这些不会受到制造的顺序限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性，其在实用新型的详细说明与权利要求书上，其名称可能会不同。
37.本说明书中词汇是为了说明本实用新型的实施例而使用的，但不是试图要限制本实用新型。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述属于在本实用新型中的具体含义。
38.实施例一
39.图1是本实用新型所述超声波振动装置及超声波换能器中实施例1的整体结构示意图；图2是本实用新型所述超声波振动装置及超声波换能器中实施例1辐射块的剖面示意图；图3是本实用新型所述超声波振动装置及超声波换能器中实施例1的整体结构爆炸图。请参考图1、图2、图3，一种超声波振动装置及超声波换能器，包括超声波换能器及振动工具5，超声波换能器与振动工具5可拆卸连接。
40.所述超声波换能器包括辐射块1、压块2、预应力螺栓3、压电陶瓷压片6、电极片7，er夹头8和er螺母4构成。所述超声波换能器与振动工具5通过er夹头8和er螺母4连接。
41.辐射块1的两端分别为纵振输入耦合面1a和纵弯输出耦合锥孔1c，纵振输入耦合面1a和纵弯输出耦合锥孔1c之间设有偏振槽口1f和分振槽孔1e，分振槽孔1e和偏振槽口1f横向平行贯穿整个辐射块1；其辐射块1的振动节点的位置设有固定法兰1g。
42.辐射块1长度方向为纵向，辐射块1轴线沿辐射块1长度方向设置，纵振输入耦合面1a同辐射块1轴线垂直或趋近垂直，纵弯输出耦合锥孔1c同辐射块1轴线同轴或趋近同轴。
43.纵振输入耦合面1a上设有预应力丝孔1b，预应力丝孔1b设在纵振输入耦合面1a上并同纵振输入耦合面1a垂直。
44.压电陶瓷片6和电极片7依次叠压在压块2和辐射块1之间，预应力螺栓3穿过压块2、压电陶瓷片6和电极片7同预应力丝孔1b相配合连接，预应力螺栓3通过压块2把压电陶瓷片6和电极片7紧固在辐射块1的纵振输入耦合面1a上并保持一定的预紧压力。
45.辐射块1上设有固定螺纹口1d，固定螺纹口1d设在纵弯输出耦合锥孔1c外侧并同纵弯输出耦合锥孔1c同轴。
46.振动工具5上设有工具柄5a。工具柄5a是圆柱型结构，工具柄5a尺寸大小同er夹头相配套。
47.er螺母4配合连接在辐射块1的固定螺纹口1d上，er夹头8配合连接在辐射块1的纵弯输出耦合锥孔1c内。
48.振动工具5的工具柄装配在er夹头8内，er螺母4同辐射块1的固定螺纹口1d相配合把er夹头8加紧在辐射块1的纵弯输出耦合锥孔1c内，同时把振动工具5的工具柄5a夹紧固定在er夹头8内，从而实现了所述换能器对振动工具5的直接固定装夹。
49.辐射块1的固定法兰1g设在辐射块1的振动节点区域，结构形式可为法兰结构等任何能够实现固定的结构，用于整个装置的固定装夹位置。
50.偏振槽口1f呈开放式的弧形渐变结构，设于纵弯输出耦合锥孔1c和固定法兰1g之间，并沿辐射块1轴向呈非对称分布，偏振槽口1f用于为使所述辐射块1的纵向振动质点分布不对称，产生弯振分量。
51.分振槽孔1e呈开放式的槽孔型结构，设于纵弯输出耦合锥孔1c和固定法兰1g之间，用于改变辐射块1的振动模态，通过改变分振槽孔1e的大小和位置，从而增加纵弯输出耦合锥孔1c的弯振分量，减小纵弯输出耦合锥孔1c的纵振分量，提高纵弯输出耦合锥孔1c的弯振效率。
52.压电陶瓷片6产生纵向振动激励，分振槽孔1e和偏振槽口1f两种机构相配合，改变辐射块1的振动模态，把压电陶瓷片6产生的纵向振动改变为纵弯复合振动，纵弯复合振动从辐射块1的纵弯输出耦合锥孔1c导出至振动工具5，振动工具5工作在纵弯复合振动模态。
53.本实施例中，所述振动工具5为一种锉刀工具。
54.实施例二
55.图4是本实用新型所述超声波振动装置及超声波换能器中实施例2的整体结构图；图5是本实用新型所述超声波振动装置及超声波换能器中实施例2辐射块的剖面示意图；图6是本实用新型所述超声波振动装置及超声波换能器中实施例2的整体结构爆炸图。请参考图4、图5、6，一种超声波振动装置及超声波换能器，包括超声波换能器及振动工具5，超声波换能器与振动工具5可拆卸连接。
56.所述超声波换能器包括辐射块1、压块2、预应力螺栓3、压电陶瓷片6、电极片7，er夹头8和er螺母4构成。所述超声波换能器与振动工具5通过er夹头8和er螺母4连接。
57.辐射块1的两端分别为纵振输入耦合面1a和纵弯输出耦合锥孔1c，纵振输入耦合面1a和纵弯输出耦合锥孔1c之间设有偏振槽口1f和分振槽孔1e，分振槽孔1e和偏振槽口1f横向平行贯穿整个辐射块1；其振动节点的位置设有固定法兰1g。
58.辐射块1长度方向为纵向，辐射块1轴线沿辐射块1长度方向设置，纵振输入耦合面1a同辐射块1轴线垂直或趋近垂直，纵弯输出耦合锥孔1c同辐射块1轴线同轴或趋近同轴。
59.纵振输入耦合面1a上设有预应力丝孔1b，预应力丝孔1b设在纵振输入耦合面1a上
并同纵振输入耦合面1a垂直。
60.压电陶瓷片6和电极片7依次叠压在压块2和辐射块1之间，预应力螺栓3穿过压块2、压电陶瓷片6和电极片7同预应力丝孔1b相配合连接，预应力螺栓3通过压块2把压电陶瓷片6和电极片7紧固在辐射块1的纵振输入耦合面1a上并保持一定的预紧压力。
61.辐射块1上设有固定螺纹口1d，固定螺纹口1d设在纵弯输出耦合锥孔1c外侧并同纵弯输出耦合锥孔1c同轴。
62.振动工具5上设有工具柄5a。工具柄5a是圆柱型结构，工具柄5a尺寸大小同er夹头相配套。
63.er螺母4配合连接在辐射块1的固定螺纹口1d上，er夹头8配合连接在辐射块1的纵弯输出耦合锥孔1c内，
64.振动工具5的工具柄装配在er夹头8内，er螺母4同辐射块1的固定螺纹口1d相配合把er夹头8加紧在辐射块1的纵弯输出耦合锥孔1c内，同时把振动工具5的工具柄5a夹紧固定在er夹头8内，从而实现了所述换能器对振动工具5的直接固定装夹。
65.辐射块1的固定法兰1g设在辐射块1的振动节点区域，结构形式可为法兰结构等任何能够实现固定的结构，用于整个装置的固定装夹位置。
66.偏振槽口1f呈封闭式的斜槽结构，设于纵弯输出耦合锥孔1c和固定法兰1g之间，并沿辐射块1轴向呈非对称分布，偏振槽口1f用于为使所述辐射块1的纵向振动质点分布不对称，产生弯振分量。
67.分振槽孔1e呈封闭式的槽孔型结构，设于纵振输入耦合面1a和固定法兰1g之间，用于改变辐射块1的振动模态，通过改变分振槽孔1e的大小和位置，从而增加纵弯输出耦合锥孔1c的弯振分量，减小纵弯输出耦合锥孔1c的纵振分量，提高纵弯输出耦合锥孔1c的弯振效率。
68.压电陶瓷片6产生纵向振动激励，分振槽孔1e和偏振槽口1f两种机构相配合，改变辐射块1的振动模态，把压电陶瓷片6产生的纵向振动改变为纵弯复合振动，纵弯复合振动从辐射块1的纵弯输出耦合锥孔1c导出至振动工具5，振动工具5工作在纵弯复合振动模态。
69.本实施例中，所述振动工具5为一种打孔钻头工具。
70.以上对本实用新型的具体实施方式作了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本实用新型权利要求的保护范围。