安装有许多对角裂缝零件的一维纵扭振动转换器（有出处）-中英文翻译

安装有许多对角裂缝零件的一维纵扭振动转换器JiromaruTsujino*,TetsugiUeoka,KenichiOtoda,AtsushiFujimiFacultyofEngineering,KanagawaUniversity,Yokohama221-8686,Japan摘要：为了提高一维纵扭振动转换器可得到的振动速度，对旨在减少振动节点部分的最大振动应力水平并且要避免安装在转换器的纵向节点位置的带有许多裂缝的零件的新型的复杂振动转换器进行了研究。转换器的自由端以椭圆或圆形轨迹振动。带有从椭圆形到圆形或者从长方形到正方形轨迹的复杂振动系统可有效应用于需要大功率的场合，包括金属或者塑料的超声波焊接，超声波焊线的集成电路，大规模集成电路和装置和超声波马达。安装有许多带裂缝部件的转换器比只安装一个带有裂缝零件的转换器在振动应力水平和品质因数方面会得到提高。关键词：圆形振动轨迹复杂的振动复杂振动超声波焊接纵扭振动转换器超声波马达超声波塑料焊接带有对角裂缝的振动转换器1.简介带有从椭圆形到圆形或者从长方形到正放形位点的复杂振动系统适用于大功率场合的使用。在纵向振动节点区域安装有一个裂缝零件且由纵向振动系统驱动的一维纵扭振动转换器适用于大规模场合的应用，这些场合包括：各种材料的超声波焊接，超声波焊线的集成电路，大规模集成电路和装置和超声波马达。为了提高振动的优点和增加转换器的可获得振动速度，对带有许多裂缝零件的新型转换器做了研究。裂缝零件可以安装在许多位置，但是要避免安装在纵向节点位置处以便减少振动节点部分的最大应力振动数值。使用很多裂缝零件可以使最大振动应力和质量因数增加，同时在相同的驱动电压下最大振动振幅会明显增大。这种转换器由很突出的优点，因为和只有一个裂缝零件的转换器相比，其最大振动应力较小，而且这种振动器的最大振动振幅会明显增加。沿着转换器分布的振动轨迹，振动速度和相分布可以通过激光多普勒测振仪进行测量。这种新型的转换器用于超声波塑料焊接和超声波马达中。这种新型转换器可获得的最大振动速度会显著增加。使用复杂的振动转换器可以使塑的焊接优点得以提高。超声波马达声使用的15mm直径的新型振动器的纵扭振动幅和以前的转换器相比，在相同的驱动电压60v,55kHz条件下，会从6um增加到将近12um.安装有多缝隙零件的转换器在提高振动的优点和增加可得到的复杂振动速度方面是很有效的。2振动转换器的构造两个直径为20mm，长度为79mm的振动转换器的构造如图1所示，而且这两种转换器在除了纵向节点部分外安装有裂缝零件。用铝合金（JISA7075B）制造的圆柱形纵扭转换器在圆周的纵向振动节点部分的两端安装有两个裂缝零件。转换器由纵向振动源驱动。在实验中使用了具有相同角度和不同角度对角裂缝零件的各种转换器。振动转换器有18个呈45°或135°的对角裂缝，这些10mm宽，0.5mm宽的裂缝是用电火花机床加工出来的。裂缝深度从1.0mm到30.mm之间变化。转换器的自由端部分以纵扭的方式振动并且轨迹呈椭圆形。图1，安装有一对裂缝零件的不同的一维纵扭振动转换器3带有两个裂缝零件的转换器的振动特点对转换器的整个振动系统的自由进入循环进行了测量。具有不同角度裂缝零件（a）和具有相同角度裂缝零件（b）的质量因数︱Ymo︳，在890Kpa的稳定压力条件下焊接，其数值大致是600和30ms。由于纵向振动和扭转振动的共振频率很接近，所以转换器振动系统的进入循环显示出单一的圆形。两个系统的质量因数是很大的。在转换器的自由边沿可以得到椭圆位点。4复杂振动超声波塑料焊接4.1复杂振动转换器的振动特点图2显示了驱动频率和带有复杂振动系统的振动转换器的扭转振动速度之间的关系。驱动电压稳定在20V。扭转振动速度在26.3kHz和26.4kHz附近的不同频率处有最大的数值。在转换器的自由边沿会出现椭圆的轨迹。带有一对裂缝零件的复杂振动转换器，在频率为26.8kHz时，其扭转径向的振动速度分布如图3所示。扭转振动速度的节点部分通常位于左侧的裂缝区域，并且振动速度在自由边沿达到最大数值。图2，沿着（a)和（b)复杂振动转换器扭转径向振动速度的分布。驱动电压为20V。图3，带有复杂振动系统的振动转换器（A)驱动频率和纵扭振动速度之间的关系。驱动电压为20V。带有一对裂缝零件的复杂振动转换器的径向振动速度分布也可以用图3所示。径向振动速度最大位置处也即纵向振动节点位置，并且纵向节点位置位于两裂缝零件之间。在径向节点位置处转换器的应力分布有一个最大数值，然而两个裂缝区域并不存在于这个位置。4.2复杂振动超声波塑料焊接的焊接特点焊接时间，焊接部分试件的变形厚度和用频率为27kHz带有复杂振动系统的转换器（a）和（b）搭接的聚丙烯板的强度之间的关系如图4所示。通过转换器（a）所得到的焊接强度要大于通过转换器（b）所得到的强度。由于（a）中振动系统有一个更大的扭转振动元件，相比之下，其所需的焊接时间要短。在焊接部分试件变形厚度的减少通常和所得的强度是一致的。和带有纵向振动系统的转换器相比，带有复杂振动系统的转换器焊接工件的时间要短。复杂振动既对金属材料的焊接有效，又适用于塑料的超声波焊接。5带有扭转转换器的超声波马达5.1超声波马达的构造图4，焊接时间，变形焊接高度和搭接起来的聚丙烯板的焊接强度之间的关系（厚度为1.0mm)，使用一个频率为27kHz复杂振动系统的转换器（a)和（b)进行焊接。超声波马达和直径为15mm的振动转换器的构造如图5所示。图5（a）和（b）分别显示了安装有一个裂缝零件的直径为15mm的马达和安装有一对裂缝零件的直径为15mm的马达。拿安装有一个裂缝零件的转换器为例，裂缝零件是沿着圆柱形扭转振动转换器安装在纵向振动的节点位置。相反，安装有一对裂缝零件的转换器，其裂缝零件不安装在纵向振动节点位置。带有对角裂缝的转换器是由两个直径为15mm,厚度为5.0mm的压电陶瓷片的纵向振动源驱动的。振动转换器裂缝零件有12个呈45°或者135°，0.5mm宽，10mm或者5mm长的对角裂纹。这些裂纹是沿着铝合金制的转换器的圆周用点火花机床加工而成的。直径为15mm转换器裂纹的深度从1.5mm到3.5mm之间变化。转换器的自由边沿以纵扭的方式振动，且振动轨迹呈椭圆形。PZT纵向振动传感器，它是安装有一个用于支撑马达的凸缘的纵向振动棒和裂缝圆柱通过螺栓连接而成的。转换器的驱动部分和转子部分通过使用弹簧来压紧。使用1500-2000的网抛光粉可以把转换器的驱动表面和转子研磨得光滑平整。5.2直径为15mm的超声波马达的振动特点当驱动频率变化的时候，转换器自由边沿的纵扭振动振幅可以由两台激光多普勒测振仪进行测量。这些转换器有和图2相近的纵扭共振频率。在频率为50-55kHz之间不带有转子的单一和一对裂缝零件的转换器的最大纵向振动振幅大约为6um和12um。在频率接近55kHz时，带有转子转换器的最大纵向振动振幅大致为3um和9um。和只带有一个裂缝零件转换器的振幅相比，带有一对裂缝零件的转换器的最大振幅是其2-3倍。5.3转换器驱动表面的振动位点图5，使用安装有单一裂缝零件（a)和一对裂缝零件（b)的纵扭振动转换器的直径为15mm的超声波马达的构造在这些例子中，纵向振动部分转化为裂缝零件的扭转振动，且转换器的圆柱部分纵扭地振动。自由边沿的振动轨迹是由不同的振动阶段决定的。纵扭转换器驱动表面的振动位点是由两台独立工作的激光多普勒测振仪测得的。振动轨迹会在数字记忆示波器屏幕上显示李萨如图形。图六显示了带有一对深为3.3mm，长为5mm的裂缝零件的超声波马达转换器在驱动频率为55.1kHz和54.26kHz情况下其驱动表面的振动位点。当超声波马达旋转时，转换器振动表面的振动轨迹振幅会稍微减小。图6，带有转子零件和不带转子零件在直径为15mm转换器的驱动部分的振动位点6结论为了增加复杂振动转换器的可获得振动速度，对安装有许多裂缝零件的新型转换器进行了研究。这种转换器在许多位置上安装有很多裂缝零件，为了减小震动节点部分最大振动应力数值，裂缝零件要避免安装在节点位置。带有复杂振动的超声波塑料的焊接特点得到了研究，并且安装有一对裂缝零件的转换器的直径为15mm的超声波马达得到了检验。纵向振动节点部分位于转换器两裂缝零件之间。和只安装有单一裂缝零件的转换器相比，在相同驱动电压下，转换器的驱动表面和带有一对裂缝零件的超声波马达的振动速度。安装有一对裂缝零件的转换器明显的提高了塑料的超声波焊接优点。直径为15mm的超声波马达和安装有一对裂缝零件的转换器的转速达到300rpm。安装有许多裂缝零件的转换器在提高振动的优点和增加可获得复杂振动速度方面是很有效的。参考文献[1]J.Tsujino,T.Ueoka,T.Shiraki,K.Hasegawa,R.Suzuki,M.partsweretested.Takeuchi,Proc.Int.CongressonAcoustics(1995)447–450..[2]J.Tsujino,Proc.IEEE1995UltrasonicsSymp.,IEEE,NewYork,Thelongitudinalvibrationnodalpartwaslocated1996,pp.1051–1060.[3]J.Tsujino,T