[发明专利]一种弯扭模式转换型超声波扭转振动换能器

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波扭转振动换能器，适用于超声波振动切削(振动钻削、振动铰削和振动攻丝)、超声焊接、超声波马达和超声疲劳实验等领域。

背景技术

在振动切削领域，特别是难加工材料加工和微小孔加工方面，扭转振动具有明显优势。超声波扭转振动钻孔能够显著降低钻削力、提高钻孔质量、降低出口毛刺；超声波扭转振动铰削能够抑制低速加工中产生的积屑瘤、提高孔的表面质量；超声波扭转振动攻丝能够大大降低攻丝扭矩、提高攻丝效率、提高刀具寿命和螺纹质量。

在超声波焊接领域，采用扭转振动在某些情况下比其它振动形式更为有效。超声塑料焊接方面，采用扭转振动的大尺寸焊接工具头比纵向振动容易设计。

在超声波马达领域，扭转振动是驱动超声马达转子运动最直接的振动形式。

超声振动用于疲劳实验，可将实验效率提高数百倍。

相对于其他类型的超声振动，扭转振动振动换能器是一种较难实现的换能器形式。理论上可以通过切向极化的压电陶瓷制作扭转换能器，但是切向极化的压电陶瓷在制造工艺上很难实现。使用长度方向极化的压电陶瓷按照一定的粘接方法，也可以得到实现扭转振动，但是这种方法制造的扭转换能器功率和输出振幅较小。通过特殊结构也可以把纵向超声振动转换为扭转振动，但是结构较为复杂。以上原因限制了超声波扭转振动的应用范围。

发明内容

为了更方便的得到超声扭转振动，本发明提供一种弯扭模式转换型超声波扭转振动换能器，该扭转换能器先将超声波电源输出的电信号转换成两个频率振幅相同、方向相反的弯曲振动，再经过模式转换，将两个弯曲振动耦合成扭转振动，这种换能器结构简单、制作方便、输出功率振幅大。

本发明是一种弯扭模式转换型超声波扭转振动换能器，包括有弯-扭振动体1、驱动组件2、换能器后盖3。驱动组件2放置于弯-扭振动体1与换能器后盖3之间，且通过A预紧螺钉33顺次穿过A端盖31的通孔、A通孔22、A预紧螺孔121将A端盖31、绝缘块21安装在弯-扭振动体1的A顶面107上；通过B预紧螺钉34顺次穿过B端盖32的通孔、B通孔23、B预紧螺孔151将B端盖32、绝缘块21安装在弯-扭振动体1的B顶面108上。

所述弯-扭振动体1的圆柱体上对称加工出A弧面103、B弧面109，在弯-扭振动体1的顶面中心切割有分隔缝104，分隔缝104的端部为过渡孔106，分隔缝104将弯-扭振动体1的圆柱体分离成A弯曲臂102、B弯曲臂105；A弯曲臂102与B弯曲臂105的接合部110与弯-扭振动体1上的耦合面67形成了弯曲-扭转模式转换器结构。

所述弯-扭振动体1的变幅杆设计为阶梯型变幅杆101。

A压电陶瓷片211、B压电陶瓷片212放置于A电极201与B电极202之间，C压电陶瓷片213、D压电陶瓷片214放置于B电极202与C电极203之间，E压电陶瓷片215、F压电陶瓷片216放置于D电极204与E电极205之间，G压电陶瓷片217和H压电陶瓷片218放置于E电极205与F电极206之间。A压电陶瓷片211、C压电陶瓷片213、E压电陶瓷片215、G压电陶瓷片217构成A组压电陶瓷驱动件26；B压电陶瓷片212、D压电陶瓷片214、F压电陶瓷片216、H压电陶瓷片218构成B组压电陶瓷驱动件27。

所述驱动组件2由绝缘块21、八片压电陶瓷片、六片电极粘接而成圆柱状；

本发明超声波扭转振动换能器的优点在于：(1)两个弯曲臂(A弯曲臂102、B弯曲臂105)将对应的两组压电陶瓷驱动件(A组压电陶瓷驱动件26、B组压电陶瓷驱动件27)产生的一对频率振幅相同、振动方向相反的弯曲振动(A弯曲振动61、B弯曲振动62)放大并传至模式转换器，通过模式转换器将两弯曲振动耦合转换成为耦合扭转振动63，经变幅杆101放大后得到输出扭转振动64，以较简单的方式获得了超声波扭转振动；(2)压电陶驱动组件2采用了的八片厚度方向极化的压电陶瓷片，可以得到较大的振动振幅和输出功率；(3)换能器结构简单，压电陶瓷制作和粘接容易；(4)易于与其他形式的振动结合，设计复合振动换能器

附图说明

图1是本发明超声波扭转振动换能器的外部结构图。

图1A是图1的一侧面视图。

图2是图1的另一方位示图。

图3是驱动组件的结构图。

图3A是压电陶瓷片极化方向与叠放次序示意图。

图4是本发明超声波扭转振动换能器的振动模式示意图。

图4A是振动转换关系简示图。