#科技# #科普大作戰(zhàn)# #社會科學(xué)# #科普一下# #每日科普# 關(guān)鍵詞: 超聲波換能器、超聲波振動器、超聲波振動系統(tǒng)在當(dāng)代社會，各種塑料制品已經(jīng)滲透到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域。傳統(tǒng)的加工技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展需要。超聲波塑料焊接機(jī)在焊接塑料制品時不添加任何粘合劑、填料或溶劑，也不消耗大量熱源。它具有操作簡單、焊接速度快、焊接強(qiáng)度高、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點。因此，超聲波焊接技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。超聲波換能器系統(tǒng)通常包括超聲波換能器和超聲波喇叭，它們是超聲波焊接的基本組成部分，良好的超聲波換能器是超聲波焊接的先決條件。

#漲知識# #今日頭條# #百度# #科普小知識# 壓電晶體被放置在外部電場中。在電場的作用下，晶體內(nèi)部正電荷和負(fù)電荷的重心移動。這種極化位移導(dǎo)致晶體變形。這被稱為反向壓電效應(yīng)。超聲波喇叭是超聲波處理設(shè)備中超聲波振動系統(tǒng)的重要部件之一。在超聲振動系統(tǒng)的工作過程中，由于超聲換能器輻射面產(chǎn)生的振動幅度較小，當(dāng)工作頻率在20 khz范圍內(nèi)時，超聲波焊接中超聲波換能器輻射表面的振幅只有幾微米，所需振幅約為數(shù)十到數(shù)百微米。因此，有必要在喇叭的幫助下放大機(jī)械振動顆粒的位移和移動速度，并將超聲波能量集中在較小的區(qū)域以產(chǎn)生能量收集效果。超聲波喇叭也可以用作機(jī)械阻抗轉(zhuǎn)換器，以橋接傳感器和負(fù)載之間的阻抗匹配，從而能夠更有效地將超聲波從傳感器傳輸?shù)截?fù)載。2超聲換能器系統(tǒng)設(shè)計超聲波塑料焊接機(jī)換能器系統(tǒng)的設(shè)計主要包括三個部分: 超聲波換能器、超聲波喇叭和焊頭，如圖1所示。超聲波換能器主要由前端組成后蓋板由夾在其中的陶瓷晶體層壓板組成。前后蓋板。從圖1可以看出，傳感器的三個部分通過螺釘連接在一起。超聲波換能器、超聲波喇叭、喇叭和焊頭通過雙頭螺柱連接在一起。在超聲波塑料焊接機(jī)中，由傳感器、焊頭和超聲波焊頭連接的系統(tǒng)稱為振動系統(tǒng)。通過將喇叭安裝在喇叭的橫截面上，整個振動系統(tǒng)固定在框架上。2.1個超聲換能器的設(shè)計超聲波塑料焊接機(jī)工作時，需要高頻縱向振動來處理塑料工件，使工件的上下模具上下振動，焊接層熔化以達(dá)到焊接效果。因此，選擇的傳感器類型是具有簡單結(jié)構(gòu)的縱向復(fù)合傳感器。示意圖如圖2所示。前兩個是金屬蓋; 第二個是金屬蓋。中間是壓電陶瓷晶體層壓板，通常是帶有圓孔的縱向偏振板或管，或具有徑向極化的圓管。用壓力螺釘擰緊這三個部分。

1.高強(qiáng)度應(yīng)力桿

2.絕緣環(huán)

3.陶瓷板

4.后蓋

5.電線

6.前蓋壓電陶瓷體超聲波陶瓷板在傳播速度c = 2418 m/s下的設(shè)計，陶瓷直徑D = 60毫米陶瓷片數(shù)n = 2。計算前后蓋板的長度和直徑，利用振動方程的一般解條件，不難得到頻率方程與前后振動速度之比。前蓋的尺寸總是等于蓋子下面相應(yīng)的頻率。為了分析在1/4的聲波波長下的彈性波傳播，前蓋的長度為64毫米。后蓋選用低碳鋼，型號為45鋼。為了使后蓋板和換能器中的陶瓷晶體層壓板具有更好的連接彈性，將后蓋板和陶瓷晶體層壓板的連接部分替換為硬鋁。前蓋由硬鋁制成，型號為2A01，直徑與陶瓷晶片相同。前蓋和后蓋的形狀是圓柱形的，直徑與陶瓷晶片相同。后蓋的總長度可以計算為48毫米。2.2個超聲波喇叭的設(shè)計根據(jù)超聲波塑料焊接機(jī)的工作條件，選擇喇叭的類型; 根據(jù)振幅放大系數(shù)，波功率和振幅之間的關(guān)系，得到喇叭的尺寸，最后是喇叭的設(shè)計。計算傳感器輸出A的振幅 = 0.002 2 m，喇叭的輸出振幅為0.02毫米，因此振幅放大系數(shù)為9.09，其中喇叭的輸出ve振幅vf是喇叭的輸出振幅。傳感器。因此，選擇階梯式喇叭時放大系數(shù)不會很大，如圖3所示。選擇硬鋁作為喇叭的材料。dura的模型是2A01。喇叭小端的直徑是d6 = 20毫米。為了使喇叭輸出的最大振幅和速度l5 = l6 = 64毫米，因此喇叭的長度為L = l5 + l6 = 128毫米。

階梯式超聲波模具使用PRO-E軟件分析喇叭的頻率，首先根據(jù)喇叭的大小，使用PRO-E 3D軟件繪制喇叭的三維模型。其次，使用頻率分析工具分析喇叭頻率，輸入最小頻率值為20000Hz，材料為2A01，材料的彈性模量為0.7 × 105兆帕，0.3。最后，分析結(jié)果如圖4所示。喇叭輸出端的振動頻率為20544Hz，與20 kHz的初始頻率相差不大，因此可以滿足設(shè)計要求。2.3個超聲波焊頭的設(shè)計超聲波塑料焊接機(jī)工作時，刀頭對工件的作用力約為30-50 N，所以力不大，屬于中等強(qiáng)度的工作狀態(tài)，所以你可以選擇2A01硬鋁作為制造材料。為了使刀頭正常工作，連接到刀頭輸出端和喇叭的零件應(yīng)該匹配。匹配是指喇叭輸出和刀頭輸入之間的阻抗匹配。因此，在共振頻率下，喇叭的輸出阻抗需要等于工具頭在其接合表面上的輸入阻抗。根據(jù)以上知識，只有當(dāng)它們的橫截面面積相等時，兩者的阻抗才相等。

超聲波粘合頭圖使用PRO-E軟件分析超聲波焊頭的頻率，首先根據(jù)焊頭的尺寸，使用PRO-E 3D軟件繪制工具頭的三維模型。其次，對刀頭進(jìn)行頻率分析，輸入的最小頻率值為20 kHz，材料為2A01，材料的彈性模量為0.7 × 105 MPa，0.3。頻率分析可以看出，焊頭小端的共振頻率，即圖的上部為20021Hz，這與最初的20kHz超聲波頻率沒有太大區(qū)別。因此，刀頭的設(shè)計可以滿足設(shè)計要求，并可以與之結(jié)合使用。從傳感器通過焊頭傳遞到焊頭輸入的振動將產(chǎn)生共振。超聲波喇叭頻率分析按照任何變截面的振動方程，在知道振動器各部分的坐標(biāo)和邊界條件的情況下，求解振動方程的一般解，最后，得到了一般解周圍的頻率方程以及振動速度超聲換能器各部分的邊界條件和應(yīng)力分布方程，結(jié)合壓電陶瓷材料的特性等一系列知識，設(shè)計了一種超聲換能器。根據(jù)超聲波塑料焊接機(jī)的工作條件，選擇喇叭的類型; 根據(jù)振幅放大系數(shù)、波功率和振幅之間的關(guān)系，獲得喇叭部分的尺寸。根據(jù)振動速度方程和喇叭的一般解，計算喇叭各部分的應(yīng)力和振動速度分布是方便的。根據(jù)頻率方程和強(qiáng)度條件，設(shè)計了超聲波塑料焊接機(jī)的焊頭。

超聲換能器參數(shù)測試經(jīng)過一系列知識設(shè)計和計算，最終確定超聲換能器、喇叭和刀頭的尺寸，并通過PRO-E軟件分析光譜，為了驗證它是否符合設(shè)計要求。這樣，完成了超聲波塑料焊接機(jī)振動系統(tǒng)的設(shè)計，為超聲波振動系統(tǒng)提供了有用的設(shè)計步驟和方法。2.超聲換能器的選擇:超聲換能器是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，其功能是將輸入的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能 (I.E.，超聲波) 然后傳輸，它本身消耗很少的電能 (小于10%)。因此，使用超聲波換能器時要考慮的最重要的問題是與輸入和輸出端子匹配，其次是機(jī)械安裝和匹配尺寸。市場上有許多類型的超聲波機(jī)械，客戶必須提供準(zhǔn)確可靠的指標(biāo)，以確保公司提供的超聲波換能器產(chǎn)品能夠完美匹配您的超聲波機(jī)械并實現(xiàn)最佳性能。超聲波換能器超聲波換能器和超聲波振動器的選擇應(yīng)注意以下參數(shù): 共振頻率: f，單位: KHz頻率是指使用阻抗特性分析儀等通過頻率發(fā)生器、毫伏表等通過輸電線路方法測量的頻率。它通常被稱為小信號頻率。相反的是車載頻率，也就是說，當(dāng)客戶通過電纜將傳感器連接到逆變器電源并在通電后通電或清空時測量的實際工作頻率。由于客戶的匹配電路不同，具有不同驅(qū)動功率的同一換能器的頻率也不同。這些頻率不能作為訂購的基礎(chǔ)。 傳感器電容: CT，單位: PF也就是說，傳感器的自由電容通?？梢杂呻娙輼蛞?00Hz-1000Hz的頻率或阻抗特性來劃分。分析儀類似于測量儀器。為了簡單起見，使用普通便攜式電容表進(jìn)行測量也可以滿足要求。傳感器工作由于加工方法和要求不同，換能器的工作方法大致可分為連續(xù)工作 (花邊機(jī)、CD套筒機(jī)、拉鏈機(jī)、金屬焊接等) 和脈沖工作 (如塑料焊接機(jī))。傳感器有不同的要求。一般來說，連續(xù)操作幾乎沒有暫停時間，但工作電流不是很大。脈沖操作間歇停頓，但瞬時電流較大。平均來說，兩個州的權(quán)力都很大。 傳感器類型和最大功率出于不同的目的和目的，機(jī)器制造商可能對機(jī)器的標(biāo)稱功率有不同的規(guī)定。換句話說，不同機(jī)器上使用的相同傳感器的標(biāo)稱功率可能不同。為了避免歧義，客戶應(yīng)指定換能器的結(jié)構(gòu)類型，例如柱型、倒喇叭形狀等，以及壓電陶瓷晶片的直徑和數(shù)量。 安裝尺寸主要包括超聲波喇叭材料、表面處理方法、形狀。超聲波換能器和超聲波喇叭的連接螺紋，超聲波喇叭和超聲波模具的連接螺紋，直徑，厚度，間隙或螺孔的數(shù)量和位置位于超聲波喇叭的法蘭上。