专利名称：单激励纵-扭复合振动转换装置的制作方法
技术领域：
本发明属于超声加工技术领域，特别是涉及一种单激励纵-扭复合振动转换装置。
背景技术：
传统的超声加工大多采用单一的纵向振动或扭转振动或弯曲振动模式。为扩大超声应用范围、改善其应用效果，则可将单一振动进行复合，即纵-弯、纵-扭和弯-扭复合振动模式，常用的是纵-弯和纵-扭复合振动模式超声加工。复合振动模态已被试验证明在切削和焊接加工中都能得到优于单一振动加工的质量。现有的实现纵-扭复合振动的装置可分为两大类，一类是利用换能器实现纵-扭复合振动，如利用切向极化的压电陶瓷换能器、利用轴向的磁致伸缩扭转换能器、利用纵向振动换能器和扭转振动换能器同频双激励等；一类是通过转换器或变幅杆来实现纵-扭复合振动，如纵振推挽式振动装置、螺旋沟槽式振动装置、斜槽式纵-扭复合振动装置等。利用换能器来实现纵-扭复合振动或受限于换能器功率容量，或在同频激励上存在困难；利用现有转换器或变幅杆来实现纵-扭复合振动则在加工方面存在困难，在设计理论上也不完善。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种单激励纵-扭复合振动转换装置，它通过具有凹槽、凸台以及斜面的两个转换器顶压配合来实现单激励下纵-扭复合振动。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是单激励纵-扭复合振动转换装置，包括第一转换器和第二转换器，所述第一转换器的一端和第二转换器一端通过榫卯结构的方式顶压配合，第一转换器和第二转换器之间还设有轴向固定机构。所述第一转换器和第二转换器均为圆柱体状，第二转换器另一端连接有圆锥形、 悬链形或指数形的变幅器。所述轴向固定机构为分别与第一转换器和第二转换器外部螺纹连接的螺纹套筒， 螺纹套筒内壁两侧分别与第一转换器和第二转换器螺接的内螺纹的旋向相反。所述第一转换器的端部设有一个平面凹槽和该平面凹槽两侧的两个斜面凸台，第二转换器的端部设有一个平面凸台和该平面凸台两侧的两个斜面缺口，平面凸台与平面凹槽、斜面缺口与斜面凸台分别对应配合形成榫卯结构。所述第一转换器端部的两个斜面凸台的斜面为沿转换器轴线旋转反向对称结构； 第二转换器上的两斜面缺口的斜面为沿转换器轴线旋转反向对称结构。上述技术方案依据的基本原理是(1)当纵波由一固体介质以一定的入射角向另一固体介质入射时，在交界面处会产生反射纵波和横波以及折射纵波和横波。当纵波垂直入射到两种声阻抗相差很小的介质组成的界面时，几乎全透射，无反射。由于纵波能在固体、液体和气体中传播，而横波只能在固体中传播，因此，纵波以一定入射角从一种固体介质向另一种固体介质传播，且另一固体介质自由界面与入射波垂直时，若两种介质为同种材料或声阻抗相等，则入射纵波会与透射纵波在自由界面产生的反射纵波形成纵向振动， 而在两个固体介质分界处形成的折射横波、反射横波以及反射纵波则形成扭转振动。(2)当固体介质的纵向振动和扭转振动的固有频率不相等时，在外界激励下只能使固体介质在一个振动方向产生共振，而另一个方向的振动处于强迫振动状态；当两个方向的固有频率接近时，如果一个方向处于共振状态，则另一个方向处于准共振状态；如果激励频率处于两个方向的固有频率之间，则两个方向都处于准共振状态，可使固体介质在外界单一激励下实现纵-扭复合振动。本发明将第一转换器和第二转换器通过榫卯结构的方式轴向顶压配合，并通过螺纹套筒固定。第一转换器的平面端与换能器相连实现纵扭转换，通过振幅放大的第二转换器平面端与工具或工件相连，即可构成超声复合加工的声学部件。螺纹套筒内壁两侧分别与第一转换器和第二转换器螺接的内螺纹的旋向相反，这可以使第一转换器和第二转换器顶紧配合。平面凸台与平面凹槽、斜面缺口与斜面凸台分别对应配合形成的榫卯结构，结构特征有助于使固体介质在外界单激励下实现纵-扭复合振动。第一转换器端部的两个斜面凸台的斜面为沿转换器轴线旋转反向对称结构；第二转换器上的两斜面缺口的斜面为沿转换器轴线旋转反向对称结构，使得纵-扭复合振动均勻有规律。本发明设计合理、结构简单，易于实现纵-扭复合振动，可应用于超声复合加工领域，实用性强，市场前景广阔，易于推广应用。
图1是本发明的结构示意图； 图2是图1的左视图3是图1的俯视图； 图4是本发明的分解爆炸图。
具体实施例方式如图1 图4所示，本发明的单激励纵-扭复合振动转换装置，包括均为圆柱体的第一转换器1和第二转换器2，第一转换器1的一端和第二转换器2 —端通过榫卯结构的方式顶压配合，第一转换器1和第二转换器1之间设有轴向固定机构。第二转换器2另一端连接有圆锥形的变幅器3，当然，变幅器3也可以为阶梯形、悬链形或指数形等常规结构。 轴向固定机构为分别与第一转换器1和第二转换器2外部螺纹连接的螺纹套筒4，，螺纹套筒4内壁两侧分别与第一转换器1和第二转换器2螺接的内螺纹的旋向相反。第一转换器1的端部设有一个平面凹槽5和该平面凹槽5两侧的两个斜面凸台6， 第一转换器1端部的两个斜面凸台6的斜面为沿转换器轴线旋转反向对称结构，两斜面凸台6的斜面与第一转换器1轴线夹角为A。第二转换器2的端部设有一个平面凸台7和该平面凸台7两侧的两个斜面缺口 8，第二转换器2上的两斜面缺口 8的斜面为沿转换器轴线旋转反向对称结构，两斜面缺口 8的斜面与第二转换器2轴线夹角为B，且与夹角A大小相等。平面凸台7与平面凹槽5、斜面缺口 8与斜面凸台6分别对应配合形成上述的榫卯结构。工作使用时，旋转螺纹套筒4，将第一转换器1和第二转换器2分别沿轴线方向从螺纹套筒4的左、右端旋入螺纹套筒4内，形成榫卯结构，并实现轴向顶压配合。将第一转换器1平面端与换能器相连，将变幅器3的平面端与工具或工件相连，即可构成超声复合加工的声学部件，实现单激励纵-扭复合振动。下面给出一个具体应用实施例。第一转换器1和第二转换器2为45号钢，密度为7700kg/m3，弹性模量为 2. 06 X IO11Pa,泊松比为0. 28。第一转换器1和第二转换器2的直径为52mm，第一转换器1 和第二转换器2隼卯配合后总长为129. 5mm，斜面角度为45°，凹槽和凸台宽度为20mm ；变幅器3的平面端的直径为15. 6mm，变幅器3的总长为141. 5mm。利用ftx)/MECHANIC软件对本发明进行模态分析。在满足工程应用精度的前提下，在模态分析过程中，为简化频率求解过程，不计螺纹套筒4，且忽略第一转换器1和第二转换器2上螺纹的影响。模态分析结果表明，本发明的纵向振动固有频率为19800Hz，扭转振动固有频率为19719Hz，显然，当外界激励频率在19719 19800Hz之间时，本发明作纵-扭复合振动。
权利要求
1.单激励纵-扭复合振动转换装置，包括第一转换器和第二转换器，其特征在于所述第一转换器的一端和第二转换器一端通过榫卯结构的方式顶压配合，第一转换器和第二转换器之间还设有轴向固定机构。
2.根据权利要求1所述的单激励纵-扭复合振动转换装置，其特征在于所述第一转换器和第二转换器均为圆柱体状，第二转换器另一端连接有圆锥形、悬链形或指数形的变幅器。
3.根据权利要求2所述的单激励纵-扭复合振动转换装置，其特征在于所述轴向固定机构为分别与第一转换器和第二转换器外部螺纹连接的螺纹套筒，螺纹套筒内壁两侧分别与第一转换器和第二转换器螺接的内螺纹的旋向相反。
4.根据权利要求1或2或3所述的单激励纵-扭复合振动转换装置，其特征在于所述第一转换器的端部设有一个平面凹槽和该平面凹槽两侧的两个斜面凸台，第二转换器的端部设有一个平面凸台和该平面凸台两侧的两个斜面缺口，平面凸台与平面凹槽、斜面缺口与斜面凸台分别对应配合形成榫卯结构。
5.根据权利要求4所述的单激励纵-扭复合振动转换装置，其特征在于所述第一转换器端部的两个斜面凸台的斜面为沿转换器轴线旋转反向对称结构；第二转换器上的两斜面缺口的斜面为沿转换器轴线旋转反向对称结构。
全文摘要
本发明公开了一种单激励纵-扭复合振动转换装置，包括第一转换器和第二转换器，所述第一转换器的一端和第二转换器一端通过榫卯结构的方式顶压配合，第一转换器和第二转换器之间还设有轴向固定机构。本发明设计合理、结构简单，易于实现纵-扭复合振动，可应用于超声复合加工领域，实用性强，市场前景广阔，易于推广应用。
文档编号B06B3/00GK102294323SQ20111017607
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者刘传绍, 张昌娟, 张益民, 牛振华, 田月红, 郑建新 申请人:河南理工大学