RU2068741C1 - Ultrasonic converter oscillation velocity symmetrical transformer - Google Patents
Ultrasonic converter oscillation velocity symmetrical transformer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2068741C1 RU2068741C1 SU4854791A RU2068741C1 RU 2068741 C1 RU2068741 C1 RU 2068741C1 SU 4854791 A SU4854791 A SU 4854791A RU 2068741 C1 RU2068741 C1 RU 2068741C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transformer
- shell
- input end
- cross
- generatrix
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Description
Изобретение может найти применение в машиностроительной, судостроительной промышленностях и других отраслях народного хозяйства, в качестве составной части колебательной системы ультразвуковой частоты, например, в процессах резания металлов и обработки металлов давлением. The invention can find application in the engineering, shipbuilding industries and other sectors of the economy, as part of an oscillatory system of ultrasonic frequency, for example, in metal cutting and metal forming processes.
Известны трансформаторы колебательной скорости, предназначенные для передачи энергии колебаний от площадей с малыми поперечными размерами, к площадям, размеры которых превышают длину полуволны, например, колебательные системы или их элементы по авторским свидетельствам N 227736, 231244. Однако они не обеспечивают однородного или "поршневого" распределения смещений на выходной поверхности (см. И.И. Теумин "Ультразвуковые колебательные системы"). Трансформатор с наружной поверхностью в виде цилиндра и внутренней поверхностью в виде параболоида (по авт. св. N 227736, кл. B 06 b 1/08, 1967 г. ) предназначен для передачи продольных колебаний на резонансной частоте системы, однако, не может быть использован для согласования элементов с различными размерами наружных диаметров, например, кольцевых сопрягаемых поверхностей, так как имеет различные площади сечений, нормальных оси симметрии, и не обеспечивает "поршневых" колебаний на выходной поверхности в широком диапазоне частот, однородности распределения амплитуды колебаний при изменении частоты и нагрузки, устойчивости системы к заданным формам колебаний. Трансформатор, выполненный в виде пологого усеченного кругового конуса (по авт. св. N 231244, кл. B 06 b 1/08, 1966 г.) имеет угол между наружной поверхностью и осью симметрии более 40 градусов и предназначен для излучения в технологическую среду посредством возбуждения на выходной поверхности изгибных колебаний. Known vibrational transformers designed to transfer vibrational energy from areas with small transverse dimensions to areas whose dimensions exceed the half-wavelength, for example, oscillatory systems or their elements according to copyright certificates N 227736, 231244. However, they do not provide a uniform or "piston" distribution of displacements on the output surface (see II Teumin "Ultrasonic oscillatory systems"). A transformer with an outer surface in the form of a cylinder and an inner surface in the form of a paraboloid (according to ed. St. N 227736, class B 06
Наиболее близким по способу технической реализации к данному изобретению является колебательная система по авт. св. N 278272 (кл. B 06 b 1/00), в которой переходные элементы выполнены в виде полых усеченных конусов. Closest to the method of technical implementation of this invention is an oscillatory system according to ed. St. N 278272 (class B 06
Вместе с тем эта система не обеспечивает эффективной передачи "поршневых" колебаний в технологические объекты и среды входные размеры которых значительно превышают длину волны продольных колебаний. At the same time, this system does not provide efficient transmission of “piston” vibrations to technological objects and media, the input dimensions of which significantly exceed the wavelength of longitudinal vibrations.
Предметом данного изобретения является создание симметричного трансформатора колебательной скорости, обеспечивающего передачу "поршневых" колебаний с поверхности, размеры которой значительно меньше длины волны, на поверхности с размерами существенно большими длины волны на резонансной частоте системы. The subject of this invention is the creation of a symmetric transformer of vibrational velocity, providing the transfer of "piston" vibrations from a surface whose dimensions are much smaller than the wavelength, on a surface with dimensions substantially greater than the wavelength at the resonant frequency of the system.
Заявленный эффект достигается за счет формирования трансформатора колебательной скорости с заданными размерами входной и выходной поверхностей в виде осесимметричной конической оболочки, площади поперечных сечений которой, перпендикулярных ее оси симметрии равны и ориентированы относительно поверхности центров масс с прямолинейной образующей, как это показано на фиг. 1, либо наружной конической поверхности с прямолинейной образующей, как это показано на фиг. 2. The claimed effect is achieved due to the formation of a vibrational velocity transformer with specified dimensions of the input and output surfaces in the form of an axisymmetric conical shell, the cross-sectional areas of which are perpendicular to its axis of symmetry are equal and oriented relative to the surface of the centers of mass with a rectilinear generatrix, as shown in FIG. 1, or an outer conical surface with a straight generatrix, as shown in FIG. 2.
Экспериментально установлено, что устойчивость "поршневых" форм колебаний в оболочечном трансформаторе колебательной скорости обеспечивается до угла раскрытия не более 40 градусов, как это показано на фиг. 3 и фиг. 4. Определение высоты трансформатора колебательной скорости при заданных из конструктивных соображений размерах входного и выходного диаметров "поршневой" оболочки, осуществляется по числа полуволн продольных колебаний в трансформаторе колебательной скорости на резонансной частоте колебательной системы. Расчет резонансной длины (высоты) поршневого трансформатора колебательной скорости по данному изобретению должен осуществляться по длине образующей конической поверхности центров масс в 1 случае (фиг. 1) и по криволинейной поверхности центров масс во 2 случае (фиг. 2). It was experimentally established that the stability of "piston" modes of vibration in a shell transformer of vibrational velocity is ensured up to an opening angle of not more than 40 degrees, as shown in FIG. 3 and FIG. 4. Determination of the height of the transformer of the vibrational velocity at the dimensions of the input and output diameters of the “piston” shell specified for structural reasons is carried out by the number of half-waves of longitudinal vibrations in the transformer of the vibrational velocity at the resonant frequency of the oscillating system. The calculation of the resonant length (height) of the piston transformer of vibrational velocity according to this invention should be carried out along the length of the generatrix of the conical surface of the centers of mass in 1 case (Fig. 1) and along the curved surface of the centers of mass in 2 cases (Fig. 2).
Расчет геометрической формы поршневого трансформатора колебательной скорости в 1 случае осуществляется по формулам:
(1)
где α угол раскрытия между осью симметрии и образующей конической поверхности центров масс α∈[0,40°]
диаметр образующей конической поверхности центров масс на выходном торце трансформатора.The calculation of the geometric shape of the piston transformer of vibrational velocity in 1 case is carried out according to the formulas:
(one)
where α is the opening angle between the axis of symmetry and the generatrix of the conical surface of the centers of mass α∈ [0.40 ° ]
the diameter of the generatrix of the conical surface of the centers of mass at the output end of the transformer.
диаметр образующей конической поверхности центров масс на входном торце трансформатора. the diameter of the generatrix of the conical surface of the centers of mass at the input end of the transformer.
f частота колебаний. f oscillation frequency.
n целое число полуволн. n is an integer of half-waves.
C скорость распространения колебаний в материале. C is the speed of propagation of vibrations in the material.
(2)
где Н высота трансформатора. (2)
where H is the height of the transformer.
(3)
где Dx наружный диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении Х. (3)
where D x the outer diameter of the transformer shell in the cross section X.
hx расстояние от входного торца трансформатора до рассматриваемого сечения Х. hx∈ [0,H].h x the distance from the input end of the transformer to the cross section X. h x ∈ [0, H].
Dвых наружный диаметр оболочки трансформатора на выходном торце.D o the outer diameter of the shell of the transformer at the output end.
Dвх наружный диаметр оболочки трансформатора на входном торце.D in the outer diameter of the transformer shell at the input end.
(4)
где dx внутренний диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении Х. (4)
where d x the inner diameter of the transformer shell in the cross section X.
d внутренний диаметр оболочки трансформатора на входном торце. d inner diameter of the transformer shell at the input end.
Расчет геометрической формы поршневого трансформатора колебательной скорости во 2 случае осуществляется по формулам:
(5),
где
Система (5) решается относительно неизвестных параметров Н и α
где Н высота трансформатора.The calculation of the geometric shape of the piston transformer of vibrational velocity in the 2 case is carried out according to the formulas:
(5),
Where
System (5) is solved with respect to unknown parameters H and α
where H is the height of the transformer.
C скорость распространения колебаний в материале. C is the speed of propagation of vibrations in the material.
f частота колебаний. f oscillation frequency.
n целое число полуволн. n is an integer of half-waves.
Dвх наружный диаметр оболочки трансформатора на входном торце.D in the outer diameter of the transformer shell at the input end.
Dвых наружный диаметр оболочки трансформатора на выходном торце.D o the outer diameter of the shell of the transformer at the output end.
d внутренний диаметр оболочки трансформатора на входном торце. d inner diameter of the transformer shell at the input end.
a угол раскрытия между осью симметрии и наружной конической поверхностью. α∈[0,40°]
dx= Dвх+2•hx•tgα (6)
где Dx наружный диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении Х.a opening angle between the axis of symmetry and the outer conical surface. α∈ [0.40 ° ]
d x = D in + 2 • h x • tgα (6)
where D x the outer diameter of the transformer shell in the cross section X.
hx расстояние от входного торца трансформатора до рассматриваемого сечения Х. hx∈[0,H]
(7)
где dx внутренний диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении Х.h x the distance from the input end of the transformer to the cross section X. h x ∈ [0, H]
(7)
where d x the inner diameter of the transformer shell in the cross section X.
Экспериментально установлено, что при любом другом законе изменения формы поперечного сечения трансформатора колебательной скорости увеличение ее выходного размера относительно размеров входного торца за счет угла раскрытия даже на 5 градусов (для экспоненциального, катеноидального и случая равной толщины стенки в поперечном сечении) вызывает нарушение "поршневой" формы колебаний в оболочке и возникновение на выходном торце сложного волнового рельефа в виде изгибных, сдвиговых и других видов эпюр распределения колебательной скорости. It was experimentally established that for any other law of changing the cross-sectional shape of the transformer of vibrational velocity, an increase in its output size relative to the dimensions of the input end due to the opening angle even by 5 degrees (for exponential, catenoidal and the case of equal wall thickness in the cross section) causes a “piston” violation forms of vibrations in the shell and the appearance at the output end of a complex wave topography in the form of bending, shear and other types of diagrams of the distribution of vibrational velocities and.
Физическая сущность описанного эффекта объясняется благоприятными условиями "взаимодействия" между смежными равновеликими поверхностями "равных фаз", через которые происходит распределение энергии упругих колебаний. Моделью оптимизации этого взаимодействия может служить известное из теоретической механики положение о коэффициенте передачи энергии равном единице массами равной величины. При определенных геометрических соотношениях поверхностей, образующих тело трансформатора колебательной скорости (волновода) этот механизм работает до тех пор, пока площади (а следовательно и массы) взаимодействующих объемов, ограниченных поверхностями "равных фаз", остаются равными друг другу, что эквивалентно распространению нормальных форм колебаний без отражения от стенок волновода. The physical nature of the described effect is explained by favorable conditions for the “interaction” between adjacent equal-sized surfaces of “equal phases” through which the energy of elastic vibrations is distributed. A model for optimizing this interaction can be a position known from theoretical mechanics on the coefficient of energy transfer equal to unity by masses of equal magnitude. With certain geometric ratios of the surfaces forming the body of the transformer of vibrational velocity (waveguide), this mechanism works as long as the areas (and hence the masses) of the interacting volumes bounded by the surfaces of "equal phases" remain equal to each other, which is equivalent to the propagation of normal forms of vibration without reflection from the walls of the waveguide.
Как было показано выше, наибольшей устойчивостью к "поршневым" формам колебаний характеризуются волноводы равновеликих сечений. ЫЫЫ1 ЫЫЫ2 ЫЫЫ3 As shown above, waveguides of equal cross sections are characterized by the highest resistance to “piston” modes of vibration. YYY1 YYY2 YYY3
Claims (3)
где α угол раскрытия между осью симметрии и образующей конической поверхности центров масс,
α ∈ [0°; 40°],
диаметр образующей конической поверхности центров масс на выходном торце трансформатора;
диаметр образующей конической поверхности центров масс на входном торце трансформатора;
f частота колебаний;
n целое число полуволн;
c скорость распространения колебаний в материале;
где H высота трансформатора;
где Dx наружный диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении X;
hx- расстояние от входного торца трансформатора до рассматриваемого сечения Х, hx∈ [O,H];
Dвых наружный диаметр оболочки трансформатора на выходном торце;
Dвх наружный диаметр оболочки трансформатора на входном торце;
где dx внутренний диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении X;
d внутренний диаметр оболочки трансформатора на входном торце.2. The transformer according to claim 1, characterized in that for a shell with a conical generatrix of the surface of the centers of mass, its coordinates are calculated by the formulas
where α is the opening angle between the axis of symmetry and the generatrix of the conical surface of the centers of mass,
α ∈ [0 ° ; 40 ° ],
the diameter of the generatrix of the conical surface of the centers of mass at the output end of the transformer;
the diameter of the generatrix of the conical surface of the centers of mass at the input end of the transformer;
f oscillation frequency;
n is an integer of half-waves;
c is the velocity of propagation of vibrations in the material;
where H is the height of the transformer;
where D x the outer diameter of the transformer shell in the cross section X;
h x is the distance from the input end of the transformer to the cross section X under consideration, h x ∈ [O, H];
D o the outer diameter of the transformer shell at the output end;
D in the outer diameter of the transformer shell at the input end;
where d x the inner diameter of the shell of the transformer in the cross section X;
d inner diameter of the transformer shell at the input end.
система решается относительно неизвестных параметров Н и α
где Н высота трансформатора;
с скорость распространения колебаний в материале;
f частота колебаний;
n целое число полуволн;
Dвх наружный диаметр оболочки трансформатора на входном торце;
Dвых наружный диаметр оболочки трансформатора на выходном торце;
d внутренний диаметр оболочки трансформатора на входном торце;
a угол раскрытия между осью симметрии и наружной конической поверхностью, α ∈ [0°; 40°]
Dx Dвх + 2•hx•tgα
где Dx наружный диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении X;
hx расстояние от входного торца трансформатора до рассматриваемого сечения Х, hx∈ [O; H];
где dx внутренний диаметр оболочки трансформатора в рассматриваемом сечении X.3. The transformer according to claim 1, characterized in that for a shell with a curved generatrix of the surface of the centers of mass, its coordinates are calculated by the formulas
the system is solved with respect to unknown parameters H and α
where H is the height of the transformer;
with the speed of propagation of vibrations in the material;
f oscillation frequency;
n is an integer of half-waves;
D in the outer diameter of the transformer shell at the input end;
D o the outer diameter of the transformer shell at the output end;
d inner diameter of the transformer shell at the input end;
a opening angle between the axis of symmetry and the outer conical surface, α ∈ [0 ° ; 40 ° ]
D x D in + 2 • h x • tgα
where D x the outer diameter of the transformer shell in the cross section X;
h x the distance from the input end of the transformer to the cross section X under consideration, h x ∈ [O; H];
where d x is the inner diameter of the transformer shell in the cross section X.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4854791 RU2068741C1 (en) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | Ultrasonic converter oscillation velocity symmetrical transformer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4854791 RU2068741C1 (en) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | Ultrasonic converter oscillation velocity symmetrical transformer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2068741C1 true RU2068741C1 (en) | 1996-11-10 |
Family
ID=21529632
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4854791 RU2068741C1 (en) | 1990-05-24 | 1990-05-24 | Ultrasonic converter oscillation velocity symmetrical transformer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2068741C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7276824B2 (en) | 2005-08-19 | 2007-10-02 | U.I.T., L.L.C. | Oscillating system and tool for ultrasonic impact treatment |
US7301123B2 (en) | 2004-04-29 | 2007-11-27 | U.I.T., L.L.C. | Method for modifying or producing materials and joints with specific properties by generating and applying adaptive impulses a normalizing energy thereof and pauses therebetween |
US7344609B2 (en) | 1998-09-03 | 2008-03-18 | U.I.T., L.L.C. | Ultrasonic impact methods for treatment of welded structures |
US7431779B2 (en) | 1998-09-03 | 2008-10-07 | U.I.T., L.L.C. | Ultrasonic impact machining of body surfaces to correct defects and strengthen work surfaces |
-
1990
- 1990-05-24 RU SU4854791 patent/RU2068741C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 278272, кл.В О6 В 1/00, 1966. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7344609B2 (en) | 1998-09-03 | 2008-03-18 | U.I.T., L.L.C. | Ultrasonic impact methods for treatment of welded structures |
US7431779B2 (en) | 1998-09-03 | 2008-10-07 | U.I.T., L.L.C. | Ultrasonic impact machining of body surfaces to correct defects and strengthen work surfaces |
US7301123B2 (en) | 2004-04-29 | 2007-11-27 | U.I.T., L.L.C. | Method for modifying or producing materials and joints with specific properties by generating and applying adaptive impulses a normalizing energy thereof and pauses therebetween |
US7276824B2 (en) | 2005-08-19 | 2007-10-02 | U.I.T., L.L.C. | Oscillating system and tool for ultrasonic impact treatment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yazdabadi et al. | Characterization of the PVC phenomena in the exhaust of a cyclone dust separator | |
JP2545427B2 (en) | Granular material handling method and apparatus | |
US4218921A (en) | Method and apparatus for shaping and enhancing acoustical levitation forces | |
US4777823A (en) | Controlled sample orientation and rotation in an acoustic levitator | |
Whitworth et al. | Particle column formation in a stationary ultrasonic field | |
US7156201B2 (en) | Ultrasonic rod waveguide-radiator | |
JP2700058B2 (en) | Non-contact micromanipulation method using ultrasonic waves | |
CA1079184A (en) | Fluid resonator | |
JPH0647344A (en) | Acoustic resonator | |
RU2068741C1 (en) | Ultrasonic converter oscillation velocity symmetrical transformer | |
CN109404478B (en) | Oscillator unit and its non-linear acoustic metamaterial cell structure | |
CN113731326B (en) | Large-volume ultrasonic tube reactor | |
EP2195122B1 (en) | High capacity ultrasonic reactor system | |
US5945642A (en) | Acoustic horn | |
US4941135A (en) | Ultrasonic field generating device | |
US2413012A (en) | Means for producing mechanical vibrations | |
GB2251570A (en) | Improvements in or relating to vibratable ring-like structures | |
SU1669527A2 (en) | Device for high-amplitude ultrasonic processing of items in liquid medium | |
RU2007660C1 (en) | Pipeline | |
CN101096030A (en) | ultrasonic radiator | |
Khmelev et al. | Determination of optimum construction of the ultrasonic radiator for cavitation-acoustic intensification of the absorption processes by mathematical and computer modeling methods | |
KHMELEV et al. | Development and research of concentrator-sonotrode with increased radiating surface | |
SU1269821A1 (en) | Hydrodynamic powder dispenser | |
SU1037986A1 (en) | Apparatus for drawing metal with ultrasonic oscillations | |
Barmatz et al. | Controlled sample orientation and rotation in an acoustic levitator |