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超声波焊机焊接系统超声波换能器、变幅杆和焊接头的选择

作者:jcmp      发布时间:2021-05-05      浏览量:0
超声波换能器(超声振动系统)原理与设计结

超声波换能器(超声振动系统)原理与设计结合#LINKE超声应用描述#

摘要:用Pro-E3D软件绘制了塑料焊机超声换能器系统的设计计算,最后进行了频率分析,为超声换能器系统的设计提供了一种有用的方法。。

关键词:超声波换能器、超声波振动系统

、超声波焊接换能器

1。超声波换能器的工作原理是将电能转化为机械振动并放大振幅,包括超声波换能器、超声波幅值棒和超声波焊接接头。超声换能器的工作原理是利用压电陶瓷材料的逆压电效应产生振动。压电晶体被放置在外部电场中。在电场作用下,晶体中正负电荷的重心移动。这种偏振位移导致晶体的变形。这就是所谓的反向压电效应。

超声波喇叭是超声波处理设备中超声振动系统的重要组成部分之一。在超声振动系统的工作过程中,由于超声波换能器辐射表面的振动幅值较小,当工作频率在20 kHz范围内时,超声波换能器的辐射表面振幅仅为几微米,所需振幅约为几十到数百微米。因此,有必要借助变幅杆来增大机械振动颗粒的位移和运动速度,并将超声波能量集中在一个小范围内,以产生能量收集效果。超声波幅值摆动杆还可作为机械阻抗转换器,在换能器与负载之间架设阻抗匹配桥,使超声波更有效地从换能器传递到负载。

2超声波换能器系统设计

超声波塑焊机换能器系统设计主要包括超声波换能器、超声波幅值棒和焊接接头三部分,如图1所示,超声换能器主要由前后盖板和中间夹有陶瓷晶体层组成。前后掩护。如图1所示,传感器的三个部分通过螺丝钉连接在一起,超声波换能器和变幅杆以及变幅杆和焊接接头用双头螺柱连接在一起。在超声波塑料焊机中,将传感器、焊接头和超声波焊接接头连接起来的系统称为振动系统。整个振动系统通过在摆动杆横截面上安装喇叭而固定在框架上。

2.1超声波换能器

的设计在超声波塑料焊机工作时,必须对高频纵向振动的塑性工件进行加工,使工件上下模上下振动,焊接层熔化,达到焊接效果。因此,所选择的换能器类型是一种结构简单的纵向复合换能器。示意图如图2所示,前两个是金属覆盖,第二个是金属覆盖。中间是压电陶瓷晶体堆叠,通常是纵向极化板或有圆孔的管,或径向极化的圆管。用压力螺钉拧紧这三个部件。

1.高强度应力棒2.绝缘环3.陶瓷板4.后盖5.线6.压电陶瓷体设计,前盖

。超声波在陶瓷片上的传播速度c=2418m/s,直径D=60 mm。陶瓷件数n=2,在计算前后盖板的长度和直径时,利用振动方程的一般解条件,不难得到频率方程与前后振动速度的比值。封面的尺寸总是等于在封面上传播的声波在相应频率下传播波长的1≤4,因此封面的长度为64 mm。选用低碳钢作为后盖板,型号45钢。为了使换能器中的后盖板和陶瓷晶体层合层具有较好的连接弹性,用硬铝代替后盖板与陶瓷晶体层的连接部分。封面由2A01型硬铝制成,直径与陶瓷晶片相同。

,前盖板和后盖板呈圆柱形,直径与陶瓷晶片相同。后盖的总长度可计算为48毫米。

2.(2)超声波喇叭

的设计,根据超声波塑料焊机的工作条件,选择喇叭的类型,根据振幅放大系数、波功率与振幅的关系,得到喇叭零件的尺寸,最后进行喇叭的设计。换能器的输出振幅A=0.002 m,喇叭的输出幅度为0。02 mm,振幅放大系数为9.09。喇叭的输出振幅和VF是喇叭的输出振幅。传感器。因此,当选择阶梯喇叭时,放大系数并不很大,如图3所示,选用硬铝作为喇叭的材料。硬脑膜模型为2A01。喇叭的小头直径为d6=20 mm。为了获得喇叭输出时的最大振幅和振动速度,喇叭的长度为L=L5+L6=12 8mm,因此喇叭的长度为L=L5+L6=12 8mm。

超声波喇叭结构图

阶跃超声模

用Pro-E软件分析扬声器的频率。首先,根据喇叭的尺寸,利用Pro-E三维软件绘制喇叭的三维模型,其次,利用频率分析工具对喇叭角的频率进行分析。最小频率为20000 Hz,弹性模量为20000×105 MPa,0.3。最后,分析结果如图4所示。气缸输出端的振动频率为20544 Hz,与初始频率20 kHz的振动频率相差不大,达到了设计要求。

2.3超声波焊接头

型超声波塑性焊机的设计,刀头对工件的受力在30~50N左右,受力小,属于中等强度工作状态,故可选用2A01硬质铝作为制造材料。为了使刀头正常工作,连接到刀头输出和喇叭的部件应该匹配。匹配是指喇叭的输出和刀头输入之间的阻抗匹配。因此,在谐振频率下,喇叭的输出阻抗要求等于刀头在其连接面上的输入阻抗。根据上述知识,只有当它们的截面面积相等时,两者的阻抗才是相等的,

超声波焊接接头图

用Pro-E软件分析了超声波焊接接头的频率。首先,根据焊接接头的尺寸,利用Pro-E三维软件对刀头进行三维建模。其次,对刀具头的频率分析表明,最小频率值为20 kHz,材料的弹性模量为2A01,材料的弹性模量为0.7×105 MPa,0.3。频率分析图

可以看出,焊接头小端的共振频率为2 0 0 2 1Hz,与20 kHz的初始超声频率相差不大。因此,刀头的设计能够满足设计要求,并可与之配套使用。超声波焊接接头的

频率分析根据任意变截面振动方程,在了解振动器各部分的坐标和边界条件下,求解振动方程的通解。最后,结合压电陶瓷材料的特点,得到了振动速度超声换能器各部分频率方程的通解和边界条件及应力分布方程的一系列知识。设计了一种超声换能器。根据超声波塑料焊机的工作条件,选择喇叭类型,根据振幅放大系数、波功率与振幅的关系,得到喇叭零件的尺寸。根据振动速度方程和喇叭的通解,计算了喇叭各部分的应力和振动速度分布。根据频率方程和强度条件,设计了超声波塑性焊机的焊接接头。

超声波换能器参数测试

,经过一系列的知识设计和计算,最终确定了超声波换能器、喇叭和刀头的尺寸,并用Pro-E软件进行了频谱分析,验证了其是否满足设计要求,从而设计了超声波塑料焊机振动系统,为超声振动系统的设计提供了有益的步骤和方法。

2.超声波换能器的选择:

超声波换能器是一种能量转换装置,其功能是将输入的电能转化为机械能(即超声波),再进行传输,其本身耗电量很小(小于10%)。因此,在使用超声波换能器时,最需要考虑的问题是输入端和输出端的匹配,其次是机械安装和匹配尺寸。市场上有多种类型的超声波机械,客户必须提供准确可靠的指标,以确保公司提供的超声波换能器产品能与您的超声波机械完美匹配,并表现出最佳的性能。

超声波换能器

超声波换能器和超声波振动器应注意以下参数:

1谐振频率:F,单位:kHz

频率是指阻抗特性分析仪通过频率发生器、毫伏计等用传输线法测量的频率。它通常被称为小信号频率,取而代之的是车载频率,即用户通过电缆将变频器连接到逆变电源并打开电源或空载时测量的实际工作频率。由于用户匹配电路的不同,同一换能器在不同驱动功率下的频率也不同。这种频率不能用作排序的依据。

2传感器电容:CT,单位:PF

,即传感器的自由电容通常可以用类似于400 Hz-1000 Hz频率或阻抗特性分析仪的电容桥测量。为了简单起见,使用通用的便携式电容计进行测量也可以满足要求。

3传感器工作方式

由于加工方法和要求不同,传感器的工作方法可分为连续工作(花边机、CD套筒机、拉链机、金属焊接等)。和脉冲工作(如塑料焊机)。换能器的要求不同。一般情况下,连续运行中几乎没有停顿时间,但工作电流不是很大,脉冲工作是间歇的,存在暂停,但瞬时电流很大。平均来说,这两个州都有很大的权力。

4型传感器和最大功率

出于不同的目的和目的,机器制造商可能对机器的标称功率有不同的要求。换句话说,在不同的机器上使用的同一换能器的标称功率可能是不同的。为了避免模棱两可,用户应指定换能器的结构类型,如柱型、倒喇叭形状以及压电陶瓷晶片的直径和数量。

5安装尺寸

主要包括超声波喇叭材料、表面处理方法、形状。超声波换能器与超声波振幅杆之间的连接螺纹,超声波振幅棒与超声波模具的连接螺纹,超声波振幅棒法兰上间隙或螺孔的直径、厚度、数量和位置。