Лабораторная (исправленный вариант)
.docxРАБОТА № 3
Волноводы – концентраторы - передатчики механической энергии ультразвуковой частоты в зону обработки материалов
Цель работы:
определение оптимальной формы и проведения расчетов параметров и геометрических размеров волноводов - концентраторов для ультразвуковой обработки материалов.
Теоретические положения
Ввод энергии ультразвуковых колебаний в обрабатываемый материал осуществляется комплексом волновод-инструмент. Механизмы взаимодействия с материалом рассматривается ниже, в следующем разделе. В настоящем разделе рассмотрены типовые методики расчета наиболее распространенных форм волноводов и разновидности инструментов , используемых при обработки сварных соединений.
Из ряда параметров, характеризующих свойство волноводов, важнейшими являются колебательная скорость , напряжение и мощность ,которые инструмент способен передать в зону обработки. По упрощенной схеме, при заданном значении амплитуды колебательной скорости, расчет волновода сводится к определению его резонансной длинны, входной и выходной площади, и места его крепления.
Формула для расчета волноводов из решений дифференциального уравнения, описывающего колебательный процесс при условии, что колебания носят гармонический характер, фронт волны является плоским и распространяется волна только вдоль оси волновода без потерь.
Лабораторное оборудование и инструменты
При выполнении лабораторного практикума для ознакомления с оборудованием и более полного понимания принципа работы ультразвукового комплекта студентами, на стендах лаборатории имеется широкий выбор разнообразных волноводов (концентраторов), применяющихся с преобразователями различной формы и мощности.
Имеющиеся волноводы представляют группу из 4х наиболее распространенных форм и изготовлены из акустически проницаемых и обладающих необходимыми прочностными характеристиками материалов.
Для удобства восприятия материала, волноводы выполнены с закрепленным на нем рабочим инструментом - наконечником и без него.
Марка материала |
Диаметр входного торца волновода D (мм) |
Диаметр выходного торца волновода d (мм) |
Резонансная длинна L |
Узловая плоскость Х0 |
Коэффициент усиления Ку |
Резонансная частота (КГц) |
Сталь |
43 |
35 |
94.4 |
47.2 |
1.4 |
27 |
AMG |
43 |
35 |
96.2 |
48.1 |
1.4 |
27 |
Vt3 |
43 |
35 |
93.9 |
46.9 |
1.4 |
27 |
Таблица
Практическая часть:
Расчет ступенчатого волновода:
L= V/2f
f - резонансная частота.
V - скорость звука.
X0 = L/2; X0 - положение узловой плоскости - место крепления волновода
Kу = N2 = (D/d)2 , где D и d диаметр входного и выходного торцов волновода
N= D/d
Сталь: V= 5100
Amg: V= 5200
Титан: V= 5072
Решение:
L1 = 5200/2*27=5100/54=94,4 (мм)
L2 =5200/54=96,2 (мм)
L3 =5072/54=93,9 (мм)
X01 =94.4/2 =47,2 (мм)
X02 =96,2/2 =48,1 (мм)
X03 =93,9/2=46,9 (мм)
N = 43/35 = 1,2
Ку =(1,2)2 =1,4
Вывод:
В данной работе мы ознакомились с ультразвуковым концентратором со ступенчатым волноводом. Сделали расчет волновода решением дифференциального уравнения ,описывающего колебательный процесс при условии ,что колебания носят гармонический характер. В процессе работ были найдены диаметры входного и выходного торцов волновода. От его диаметров зависит коэффициент усиления сигнала.
Данные волноводы широко используются для обработки металлических конструкций в местах сварных соединений, поэтому очень важно правильно рассчитать параметры инструмента для передачи нужной частоты сигнала.
Работа №4
Волноводы – концентраторы - передатчики механической энергии ультразвуковой частоты в зону обработки материалов
Цель работы:
определение оптимальной формы и проведения расчетов параметров и геометрических размеров волноводов- концентраторов для ультразвуковой обработки материалов.
Теоретические положения
Ввод энергии ультразвуковых колебаний в обрабатываемый материал осуществляется комплексом волновод-инструмент. Механизмы взаимодействия с материалом рассматривается ниже, в следующем разделе. В настоящем разделе рассмотрены типовые методики расчета наиболее распространенных форм волноводов и разновидности инструментов , используемых при обработки сварных соединений.
Из ряда параметров, характеризующих свойство волноводов, важнейшими являются колебательная скорость , напряжение и мощность ,которые инструмент способен передать в зону обработки. По упрощенной схеме, при заданном значении амплитуды колебательной скорости, расчет волновода сводится к определению его резонансной длинны, входной и выходной площади, и места его крепления.
Формула для расчета волноводов из решений дифференциального уравнения, описывающего колебательный процесс при условии, что колебания носят гармонический характер, фронт волны является плоским и распространяется волна только вдоль оси волновода без потерь.
Лабораторное оборудование и инструменты
При выполнении лабораторного практикума для ознакомления с оборудованием и более полного понимания принципа работы ультразвукового комплекта студентами, на стендах лаборатории имеется широкий выбор разнообразных волноводов (концентраторов), применяющихся с преобразователями различной формы и мощности.
Имеющиеся волноводы представляют группу из 4х наиболее распространенных форм и изготовлены из акустически проницаемых и обладающих необходимыми прочностными характеристиками материалов.
Для удобства восприятия материала, волноводы выполнены с закрепленным на нем рабочим инструментом - наконечником и без него.
Практическая часть:
Расчет конического волновода
L= λ /2 * kl/ , где kl- корни уравнения
tgkl = kl/1 + (kl)2 N(1-N)2
2П / λ = k – волновое число
X0 = 1/k * arctg(kl/a), где a = 1/N-1
Kу = √1+ (2П * 1/λ)2
λ = 2l
Решение:
l = 94, 4; λ = 94, 4 * 2= 188, 8
K = 2 * 3, 14 / 188, 8 = 0, 03
Kl = 0, 03 * 94, 4 = 2, 8
tgkl = 2,8 / 1+ (2,8)2 * 1,2(1-1,2)2 = 2
а = 1/1,2-1 = 5
Х0 = 1/0,03 * arctg (2,8/5) = 0,3
Ку = √1 + (2*3,14* 1/188,8)2 = 1
Вывод:
В данной работе мы ознакомились с ультразвуковым концентратором с коническим волноводом. Сделали расчет волновода решением дифференциального уравнения, описывающего колебательный процесс при условии, что колебания носят гармонический характер. В процессе работ были найдены диаметры входного и выходного торцов волновода. От его диаметров зависит коэффициент усиления сигнала.
Данные волноводы широко используются для обработки металлических конструкций в местах сварных соединений, поэтому очень важно правильно рассчитать параметры инструмента для передачи нужной частоты сигнала.