Розенберг Л.Д. Физика и техника мощного ультразвука. Книга 1. Источники мощного ультразвука OCR
Подождите немного. Документ загружается.
нием
всей
системы.
Это
также
следует
из
того,
что
сечение
стыка
двух
вол
новодов
совершает
два
вида
колебаний:
смещение
по
вертикали
оси
и
по
ворот.
Таким
образом,
входное
сопротивление
второго
волновода,
являю
щегося
нагрузкой
на
первый,
может
иметь
в
общем
случае
две
составляю
щие:
ZF
и
ZM.
Напомним,
что
эти
две
составляющие
не
могут
складываться,
так
как
характер
и
с:мысл
их
реакции
на
действующие
силы
и
изгибающий
момент
разнородны.
Размерности
их
различны:
для
I ZF I -
г·
сеn-!,
а
для
I
ZM
I -
г·
см
2
•
ce~-l.
Перейдем
к
определению
резонансных
частот
составных
изгибных
вол
новодов.
Рассмотрим
волновод,
состоящий
из
двух
однородных,
отличных
друг
от
друга
звеньев
(рис.
9).
Воспользуемся
методом
оконечных
нагру
зок.
Этот
метод
в
сочетании
с
приемом
определения
резонансных
частот
по.
реактивной
составляющей
входного
сопротивления
существенно
упро
щает
решение
поставленной
задачи.
Заменим
составную
систему
простым
волноводом
1
длиной
l =
ll'
нагруженным
на два
сопротивления
ZF
и
ZM
(составляющие
входного
сопротивления
второго
волновода).
Первой
частью
задачи
является
определение
ZF
и
ZM
отбрасываемого
звена
11.
Так
как
физически
звенья
связаны
друг
с
другом,
ТО
к
началу
звена
11
приложены
одновременно
сила
F
и
изгибающий
момент
М,
рав
ные
EI't" _
",о-М,
EI~~'
= F
(64)
(отсчет
ведется
от
начала
второго
звена).
Далее,
учитывая
граничные
ус
ловия
для
правого
конца
(х
= l2)'
находим
коэффициенты
уравнения
~mП
= C
IlI
A
x
+
С
2п
В
х
+
СзIIС
х
+ C
4lI
D
x
•
(65)
Если
волновод
11
в
свою
очередь
нагружен
на
некоторое
сопротивление
Z2H,
то
это
учитывается
граничными
условиями
на
его
правом
конце.
Иско
мые
значения
таковы:
.
С
4п
ZF =
-IWИIIС--'
1I1
.
w
и
II
C
3I1
ZM=-l----·
ЧI
С
2п
(66)
Переходим
ко
второй
части
нашей
задачи.
На
основании
ранее
рассмот
ренных
случаев
для
левого
конца
(х
=
О)
имеем
При
х
= 1
F
С
4
=
ЕI;З
.
С
з
=
О;
EI~;"
=
iroZF~l'
EI~;
=
iroZM~;.
"Учитывая
(64),
можно
написать
EI~;'
= I Z F I
(й~l'
EI~;
= I ZM I
(й~;,
где
I
ZF
I
И
I
ZM
I -
модули составляющих
входных
сопротивлений.
На
основании
(67)
имеем
(67)
(68)
(69~
27:1
где
Воспользовавшись
(68),
можно
получить
, C
1
C
1
+ C
2
D/ +
С
4
В
l
N=
,
k
2
(C
1
D
l
+
С
2
А/
+
С
4
Сс)
(70)
где
N'
= 1
ZM
1.
Далее
из
(69), (70)
получаем:
w
и
~:
(N
A
l
- B
z
)
+
~:
(NB
c
-
Сд
=
(A
l
-
N Dl),
~:
(N'k
2
D
c
-
C
1
)
+
~:
(N'k
2
A
c
-
D
l
) =
(B
l
-
N'k
2
C
l
)·
(71)
Из
совместного
решения
уравнений
(71)
найдем
С
4
/С
1
•
Если
волновод
11
не
нагружен
или
нагружен
на
реактивное
сопротивление,
то,
пренеб
регая
потерями,
условие
резонанса
можно
записать
в
виде
С
4
/С
1
=
о.
В
нашем
случае
BlD
l
-
Cr
+ N
(BZC
l
-
AzD
z
) +
N'k
2
(CZD
1
- AzB,) +
+
NN'k
2
(Ar
-ВlDz)
=
о.
(72)
Перед
N
и
N'
надо
ставить
минус,
если
ZF
и
ZM
имеют
инерционный
характер,
и
плюс,
если
они
представлены
упругостью.
При
N'
=
О
прихо
дим
к
выражению
(60).
Рассмотренный
способ
определения
резонансных
частот
составного
изгибного
волновода
можно
распространить
на
любое
число
звеньев.
Составляется
выражение
для
входного
сопротивления
си
стемы
путем
последовательного
перехода
от
последнего
звена
к
предыду
щим,
при
этом
учитывается,
что
последующие
участки
являЮтся
нагруз
кой
на
предшествующие.
§ :13.
IIагиопые
колебания
при
воаоушдении
ВО.JIновода
в
проиаВО.JIъноD
П.JIОСКОСТИ
Если
изгибные
волноводы
возбуждаются
в
начале
или
в
плоскости,
где
располагаются
пучности
смещения,
определение
формы
колебаний
произ~
водится
так,
как
это
было
указано
выше.
Однако
возможен
случай,
когда
возбуждающая
сила
приложена
в
плоскости,
не
совпадающей
с
пучностью,
Т.
е.
находящейся
на
произвольном
расстоянии
а
от
конца
волновода.
Та
кой
вариант
возникает,
когда
нагрузка
на
конце
волновода
изменила
свою
величину,
в
результате
чего
положение
пучности
сместилось.
Может
ока
заться
существенным
оценить
указанное
влияние
изменения
нагрузки.
В
табл.
3
приведены
решения
для
двух
случаев:
волновод,
опертый
на
кон
цах,
и
волновод,
защемленный
на
одном
конце.
Остановимся
кратко
на
методах
определения
формы
колебаний
при
любых
граничных
условиях
и
приложении
возбуждающей
силы
в
произ
вольной
плоскости.
Сила
F,
приложенная
на
расстоянии
а,
например
от
левог()
конца,
делит
весь
волновод
на
два
участка:
1
и
11.
В
зависимости
от
отношения
a/l
(где
l -
длина
волновода)
форма
колебаний
будет
раз
лична,
следовательно,
уравнение,
описывающее
эту
форму,
будет
иметь
различные
значения
постоянных
коэффициентов,
которые
и
подлежат
определению.
Так
как
для
каждого
участка
могут
быть записаны
свои
уравнения
формы
колебаний,
то
постоянных
коэффициентов
будет
восемь.
272
Коэффициенты
могут
быть
определены
из
четырех
условий
на
концах
всего
волновода
и четырех
условий
сопряжений
участков
/
и
//.
Эти
ус
ловия
СJIедующие:
непрерывность
прогиба
~ml
(а)
=
~m2
(О),
непрерывность
угла
поворота
~~1
(а)
=
~~2
(О),
непрерывность
изгибающего
момента
Разрыв
функции
поперечной
силы
F = F
т
sin
ffit:
E/~:l
(а)
- F
т
=
E/~;'2
(О).
Подстрочные
индексы
1
и
2
относятся
к
соответствующим
участкам.
Для
первого
участка
отсчет
х
начинается
от
О,
дЛЯ
второго
-
от
а.
В
целях
упрощения
анализа
и
расчетов
удобно
изменить
направления
отсчета
х.
Для
этого
выберем
начало
отсчета
для
обоих
учаСТRОВ
в
месте,
где
приложена
возбуждающая
сила,
и
далее
для
участка
/
отсчет
будем
вести
в
сторону
его
начала
(т.
е.
в
сторону
левого
конца),
а
для
участка
//
-
в
сторону
его
нонца
(т.
е.
R
правому
концу).
Так
как
при
этом
воз
буждающая
сила
ОRазывается
в
начале
каждого
из
этих
участков,
то
ка",
личество
уравнений для
определений
постоянных
и
количество
постоян
ных,
отличных
от
нуля,
уменьшается.
Обозначим
коэффициенты
уравне-
ния
формы
колебаний
первого
участка
через
с;,
~,
~,
C~,
а
коэффициенты,
соответствующие
второму
участку,
через
C~,
с;, с;,
c~.
"У"читывая,
что
запись
условий
сопряжений
участков
при
принят
ой
системе
отсчета
будет
относиться
R
Х
=
О,
на
основании
табл.
1
можно
получить:
c~
=
с;,
с:=
с;,
c~=
с;"
, F •
С
4
=
ЕIkЗ
+
С,.
(73)
Воспользовавшись
далее
усл'овиями
на
левом
и
правом
концах
волново
да,
можно
получить
четыре
уравнения,
которые
совместно
с
выражениями
(73)
дадут
возможность
определить
искомые
значения
С
1
,
С
2
,
Сз,
С
4
•
§ :14.
Вагруаочные
характеРИСТИRИ
иагибных
ВО.JIноводов
Рассмотрим
волновод'
с
активной
нагрузкой
R
п
на
конце.
На
основа
нии
формулы
(52)
выражение
для
его
входного
сопротивления
будет
. BzD
I
-
c~
+ i N
(BPI
-
AID
I
)
ZBX
= - 1
W
И
2
2·
BZG
I
- AzD
z
+ i N
(D
z
-
B
z
)
Разделим
вещественную
и
мнимую
части
этого
выражения
и
рассмотрим
резонансный
режим.
Тогда
мнимая
часть
будет
равна
нулю,
а
веществен
ная
равна
18
Источпини
улътразвуна
273
С
достаточной
для
практики
точностью
резонансные
значения
аргумента
kl
могут
быть определены
из
условий
для
ненагруженного
волновода,
так
как
в
пределах
О
-<
R
и
<
W
и
и
W
и
<
R
и
-<
00
резонансные
условия
не
зависят
от
величины
активной
нагрузки
R
и
.
Эти
условия
могут
быть
соот
ветственно
записаны
как
для
волновода
со
свободным
концом:
или
как
для
волновода
с
опертым
концом
A/D/-
С/В
е
=
О.
(74)
(75)
Тогда
в
первом
случае
выражение
для
входного
сопротивления
будет
иметь
вид
или
в
тригонометрической
форме:
R _ N
(сЬ
kl
sin
lfl-
sh
kl
cos kl)2
ВХ
- W
H
(сЬ
kl
sin
kl-
sh
kl
cos kl)2 - N2
sh
2
kl
sin
2
kl
\
Но
решение
уравнения
[(74)
дает
значения
kl;;::::;
2n:-
1 n,
где
n -
число
полуволн,
укладывающихся
на
волноводе.
При
этом
cos
kl
< 1,
sin
kl;;::::;
- 1,
следовательно,
rN
сЬ
2
kl
R
BX
;;::::; W
H
сЬ
2
kl _ N2
sh
2
kl
•
В
фф
Ф
Rп
ведем
коз
ициент
транс
ормации
сопротивления
нагрузки:
k
T
=
~,
и
тогда
сЬ
2
kl
R
Bx
=
kтR
и
;;::::;
R
и
сЬ
2
kl-
N2
sh2
kl
• (76)
Для
предельно
короткого
волновода
(n
= 1)
аргумент
kl
= 4,73,
откуда
ch
kl
= 56,65,
sh
kl
= 56,64
и
(77)
Для
значений
kl,
соответствующих
n > 1,
это
равенство
удовлетворяется
с
точностью
тем
большей,
чем
больше
n.
Выражение
(77)
справедливо
для
N < 1.
Переходим
к
случаю
волновода
с
опертым
концом
(N'>
1).
Восполь
зовавшись
условием
(75),
получим
R
сЬ
kl
cos
kl
- 1
вх
= W
H
N
sh
kl
sin
kl
•
Из
решения
уравнения
(75)
имеем
Следовательно,
или
274
kl
~
4n t 1
n;
-'1
cos
kl
~
sin
kl;;::::;
У2
•
1t
R 0,707
сЬ
kl
- 1
ВХ;;::::;
W
H
0,707.N
sh
kl
'
R
.--.-
R 0,707
·сЬ
kl-1
вх
----
Н
0,707.N
2
shkl
•
Для
предельно
короткого
волновода
kl
= 7,0685
и
(chkl
~shkl)~1,
т. е.
(78)
При
более
высоких
порядках
n
это
равенство
обеспечивается
с
большей
точностью.
Заметим,
что
при
N = 1
выражения
(77)
и
(78)
не
действительны,
так
как
при
этом
значении
N
происходит
скачкообразное
изменение
резонансных
условий.
Из
полученных
выражений
следует,
что
при
N < 1,
Т.е.
R
H
<
Ш
а
коэффициент
трансформации
равен
1
kt~
1-N2
>1,
а
при
N > 1,
т.
е.
R
н
>
W
и
,
Таким
образом,
выбирая
величину
ш
и
и
обеспечивая
выбранное
значение
необходимыми
параметрами
Е
и
1,
можно
получить
требуемое
значение
коэффициента
трансформации
активного
сопротивления
нагрузки.
Мы
видим,
что
изгибные
волноводы
обладают
широкими
возможностя
ми
трансформации
и,
следовательно,
согласования
нагрузки.
Рассмотрим
теперь
случай
реактивной
нагрузки
iХ
и
.
Этот
случай
представляет
прак
тический
интерес,
когда
параметры
нагрузки
изменяются
и
нарушается
резонансный
режим
волноводной
системы.
В
связи
с
этим
возникает
воп
рос
о
нагрузочной
полосе
частот,
т.
е.
о
широкополосности
изгибного
вол
новода,
связанного
с
изменяющейся
реактивной
нагрузкой.
Если
волновод
не
имеет
нагрузки
и
возбуждается
на
резонансной
ча
стоте
(о
о'
то
его
частотное
уравнение
имеет
вид
сЬ
knl· cos
kol
= 1,
где
k
o
COOTBeT~TByeT
резонансному
режиму.
Из
частотного
уравнения
следует,
что
kol:::::::
2n t 1 n
(см.
табл.
5).
Если
к
концу
волновода
под
ключить
реактивную
нагрузку
iХ
и
и
не
менять
частоту
возбуждения,
то,
учитывая
приведенные
частотные
условия,
на
основании
формулы
(53)
можно
получить
выражение
для
входного
сопротивления:
N
ch
kol
Х
вх
~
Ш
н
N
sh
kol-
ch
kol '
или
Х
Х
ch
kol
вх
~
Н
N
sh
kol -
сЬ
kol •
{79)
При
n:>
2
можно
считать,
что
(sh
kol
:::::::
сЬ
kol)
~
1.
Поэтому
(80'
в
наших
выводах
мы
пренебрегли
активными
потерями
в'
волноводе.
Полученное
выражение
не
может
быть
использовано
и
при
N =
1,
так
Ka~
при
этом
не
учтены
приведенные
допущения
и
приближения.
Из
(80)
сле-'
дует,
что
если
N
~
1,
то
Х
вх
~
W
и
,
т.
е.
не
зависит
от
ХН'
Следовательно,
чем
больше
отношение
N,
тем
более
ШИРОКОПОJIосна
рассматриваемая
18*
2'15
система.
Отсюда
следует
вывод
о
том,
что,
чем
меньше
W
и
,
тем
больше
на
грузочная
полоса
частот
(см.
также
табл.
4).
В
заключение
этой
главы
остановимся
на
следующем
обстоятельстве.
Из
исходной
формулы
(53)
для
входного
сопротивления,
когда
ZH
= R
H
=
=
Wи,
следует,
что
Zp
является
комплексным.
Это
не
находится
в
проти
воречии
с
тем
обстоятельством,
что
при
нагрузке
волновода
на
сопротив
ление,
обусловливающее
режим
бегущей
волны,
входное
сопротивление
должно
быть
активным.
Суть
заключается
в
том,
что
для
обеспечения
ре
жима
бегущей
волны
необходимо
нагрузить
волновод
на
две
составляю
щие
сопротивления:
•
II1
И
Zm=-lk
S
•
Тогда
входное
сопротивление
будет
и~еть
также
две
составляющие,
ZBX = W
H
И
Гпава
2
ПОСТРОЕНИЕ
И
ПРИМЕНЕНИЕ
наГИБНЫХ
ВОЛНОВОДОВ
§
1.
Возбуждение
изгибных
во.,Т(новодов
Изгибные
волноводы
можно
возбудить
как
продольными,
так
и
изгиб
ными
колебаниями.
Первый
случай
осуществляется
присоединением
вол
новода
продольных
колебани'й
перпендикулярно
к
изгибному.
Во
втором
случае
возбуждающий
изгибный
волновод
стыкуется
своим
торцом
с
тор
цом
возбуждаемого
волновода.
Остановимся
на
преобразовании
продольных
колебаний
в
изгибные.
Для
эффективного
возбуждения
изгибных
колебаний
и
исключения
появ
ления
колебаний
других
видов
необходимо,
чтобы
волноводы
были
строго
перпендикулярны
друг
другу
и
имели
хороший
акустический
контакт.
Способы
присоединения
волноводов
могут
быть
жесткие
и
сво'бодные.
В
первом
случае
(рис.
,10,
а)
волновод
продольных
колебаний
11
имеет
на
своем
конце
жестко
связанную
с
ним
контактную
насадку
1.
Высота
h
этой
насадки
выбирается
не
более
0,05
Лl
(Лl
-
длина продольной
волны).
Остальные
размеры
насадки
должны
определяться
условиями,
экспери
ментально
установленными
нами:
6;>
0,3х,
у=а
(81)
(Л2
-
длина
изгибной
волны).
Для
уменьшения
паразитных
продольных
колебаний
в
изгибном
волно
воде
1
вдоль
его
размера
Ь
необходимо,
чтобы
~2
;> (8 r.-10).
(82)
Таким
образом,
поперечные
размеры
изгибного
волновода,
в
дополнение
к
условиям
(4)
и
(17),
определяются
еще
условиями
(81)
и
(82).
При
свобод
ном
присоединении
контактная
поверхность
насадки
1
прижимается
к
бо-
278
ковой
поверхности
волновода
1,
а
контактные
поверхности
шлифуются,
чтобы
обеспечить
плотное
их
соприкосновение.
Прижатие
может
быть
осу
ществлено
различными
способами.,
На
рис.
10,
б
показан
вариант
прижатия
в
узле.
К
флянцу
Ф,
располо
женному
в
узловой
плоскости
волновода
11,
приложены
силы
F
о
прижа
тия,
создаваемые,
например,
стяжными
болтами,
тогда
как
неподвижные
крепления
81'
К
2'
расположенные
в
узловых
плоскостях
волновода
1,
обеспечивают
его
фиксацию
в
определенном
положении.
Величина
силы
F
о
не
должна
превышать
значения,
при
котором упругая
деформация
ма
териала
волноводов
равна
половине
линейного
участка.
Рис.
10.
Присоединение
волновода
продольныx
Rолебаний
R
изгибному
волноводу
а
-
жесткое;
б
-
свободное
(прижатием);
В-
своБОlJное
(с
применением
отражающего
звена)
На
рис.
10,
в
показан
другой
вариант
свободного
присоединения
с
при
менением
отражающего
продольного
звена.
Это
дополнительный
продоль
ный
волновод
111
длиной
'А/2,
связанный
с
возбуждающим
волноводом
11
стяжными
болтами
1,
проходящими
через
узловые
фляпцы
2
и
3.
Таким
образом,
прижатие
осуществляется
механической
связью
волноводов
11
и
111.
Под
термином
«свободное»
присоединение
в
рассмотренных
нами
вариантах
имеется
в
виду,
что
присоединяемый
к
изгибному
волноводу
торец
насадки
допускает
определенную
свободу
взаимного
перемещения
контактных
поверхностей,
тогда
как
в
случаях
жесткого
присоединения
волноводы
свариваются
или
припаиваются
по
всей
контактной
поверх
ности.
Преимуществом
«свободного»
соединения
является
возможность
разъединения
продольного
и
изгиб
ног
о
волноводов
для
замены
в
случае
необходимости
одного
из
них.
Примером
применения
такого
соединения
может
служить
возбуждение
изгибных
колебаний
в
расплавляющемся
электроде
печи
электроmлакового
переплава.
Тогда
для
замены
израсхо
дованного
электрода
применялось
«свободное»
соединение.
Такая
конст
рукция
была
осуществлена
нами
(совместно
с
Ю.
с.
Руденко)
и
показала
хорошие
результаты.
Место
присоединения
возбуждающего
продольного
волновода
определяется
конструктивными
условиями
и'
особенностями
построения
всей
колебательной
системы,
а
также
необходимостью
воз
буждения
в
местах,
где
расположены
пучности
смещения.
277
§
2.
Присоединение
пагруаОR
и
схеиы
передачи
Нагрузками
изгибных
волноводов
являются
волноводы
изгибных
или
продольных
колебаний,
несущие,
в
свою
очередь,
рабочие
пагрузки.
Кро
ме
того,
нзгибные
волноводы
могут
быть
непосредственно
(или,
точнее,
через
короткие
отрезки
волноводов
продольных
колебаний)
связаны
е
из
лучателями.
Способы
присоединения
нагрузок
аналогичны
рассмотрен
ным
выше
способам
связи
продольных
волноводов
с
изгибными.
Соответ
,ственно
условия,
приведенные
выше,
остаются
справедливыми
и
в
этих
,случаях.
Места
присоединения
нагрузок
определяются
конструктивными
2
з
I
F
а
f
fs
I
z
1----1
F
о
Рис.
11.
Схема
присоединения
нагрузки
при
передаче
колебаний
а
-
со
сдвигом
оси
и
изменением
направления
при
сохранении
пЛОСКОСти
передачи;
б
-
с
сохранением
ПЛОСКОсти
передачи
без
изменения
направления
требованиями
и,
как
правило,
в
случае
активной
нагрузки
должны
совпа
дать
с
положениями
пучностей
колебательного
смещения.
Если
нагрузка
имеет
реактивный
или
комплексный
характер,
место
ее
присоединения
определяется
условиями
резонанса.
Применение
изгибных
волноводов
до
пускает
разнообразное
расположение
присоединяемых
нагрузок
по
отно
шению
к
источнику
колебаний
(преобразователю).
Благодаря
этому
воз
никают
широкие
возможности
для
конструктивных
решений
построения
ультразвуковой
аппаратуры.
На
рис.
11,
а
приведена
схема
присоединения
нагрузки
при
передаче
колебаний
со
сдвигом
оси,
вдоль
которой
распространяются
продольные
колебания,
и
с
изменением
направления
при
сохранении
плоскости
пере
дачи.
Под
плоскостью
передачи
имеется
в
виду
плоскость,
проходящая
через
продольные
оси
волноводов.
Здесь
основная
роль
принадлежит
из
гибному
волноводу
2
как
звену
передачи
колебательной
энергии.
Направ
ление
передачи
в
излучатель
4,
связанный
с
волноводом
3,
изменилось
на
противоположное.
Необходимость
в
такой
схеме
передачи
может
возник
нуть
в
тех
случаях, когда
местные
условия
или
вертикальные
габариты
всего
оборудования
не
разрешают
применить
вытянутое
в
одну
линию
рас
положение
системы
преобразователь
-
волновод
-
излучатель.
Напри
мер,
может
оказаться
неудобным
располагать
водоохлаждаемый
прообра
З0ватель
излучающим
торцом
вниз
над
обрабатываемой
средой
(как
при
278
обработке
расплавов
при
непрерывной
разливке);
в
этих
случаях
схема
рис.
11
исключает
необходимость
в
таком
расположении.
На
рис.
11,
б
показана
схема
передачи
продольных
колебаний
также
с
сохранением
плоскости
передачи,
но
без
изменения
направления.
Более
сложная
схема
показана на
рис.
12.
Она
дана
в
плане,
т.
е.
изгиб
ные
волноводы
2,
3
колеблются
в
направлении,
перпеНДикулярном
к
пло
скости
рисунка.
Волновод
2
возбуждается
на
своем
конце
А
продольным
Рис.
12.
Сложная
схема
передачи
колебаний
+
1@
А
с
волноводом
1,
расположенным
перпендикулярно
к
плоскости
рисунка.
Изгибные
колебания
распространяются
к
концам
В
и
С,
связанным
с
волноводами
продольных
колебаний
4, 5.
Знак
плюс
условно
показывает,
что
продольные
колебания
распространяются
от
наблюдателя
к
плоскости
рисунка,
а
знак
минус
-
от
плоскости
рисунка
к
наблюдателю.
Следова
тельно,
волноводы
1
и
5
расположены
над
изгибными
волноводами,
а
вол
новод
4 -
под
ними.
Таким
образом,
по
отношению
к
волноводу
1
пе
редача
происходит
с
изменением
направления,
а
к
волноводу
4 -
без
из
менения,
по
отношению
же
к
волноводу
5
в
этой
схеме
не
сохраняется
плоскость
передачи.
§
3.
С.JIошение
и
рааде.JIение
мощностей
упругих
RО.JIебанпЙ
Применение
волноводов
изгибных
колебаний
в
сочетании
с
продоль
ными
волноводами
дает
возможность
складывать
колебательные
мощно
сти
или
разделять
(распределять)
их
между
объектами
обработки.
Необхо
димость
сложения
мощностей
упругих
колебаний
возникает
в
том
слу
чае,
когда
существуют
какие-либо
ограничения
в
получении
заданной
мощности
от
одного
преобразователя.
Известно, что
с
увеличением
мощ
ности
преобразователей
их
геометрические
размеры
также
растут
и,
следовательно,
i
понижается
предельное
значение
частоты
генерируемых
ими
колебаний.
С
другой
стороны,
существуют
некоторые
предельные
J
,
\.
/
" /
" /
.........
_-/
/'
/
/--
Рис.
13.
~.1Iожение
мощностей
упругих
колебаний
максимаЛЬН~I8
размеры
преобра
аователей,
связанные
с
условиями
их охлаж
дения
или
прочностью.
Таким
образом,
нельзя
:~оздать
магнитострикцион
ный
преобразователь
любой
(выше
предеЛI>НОЙ)
мощности
при
заданной
279
его
резонансной
частоте.
Чтобы
увеличить
излучаемую
мощность,
необ
ходимо
обеспечить
возможность
возбуждения
излучателя
(инструмента)
несколькими
преобразователями.
Для
этого
(рис.
13)
изгибный
волновод
1,
связанный
с
излучателем
2
через
волновод
3
продольных
колебаний,
Рис.
14.
Введение
:колебаний
в
из
лучатель
четырьмя
преобразова
телями
синфазно
возбуждается
в
пучностях
несколькими
(на
рис.
13 -
двумя
-
4,
Б)
преобразователями.
Пунктиром
показано
распределение
амплитуды
колебаний
смещения
~т.
Волновод
3
также
присоединяется
к
пучности
смещения.
Очевидно,
можно
применить и
переменно-фазное
возбуждение,
выбрав
соответствующим
образом
места
присоединения
преобразователеЙ.
Экспериментальная
проверка
схемы
рис.
13
показала
ее
эффективность.
3
,..---.........- 1
Рис.
15.
Возбуждение
преобразователем
двух
инструментов
Для
суммирования
мощности
возможно
и
более
сложное
расположе
ние
преобразователеЙ.
На
рис.
14
показана
схема
введения
колебаний
в
излучатель
1
четырьмя
преобразователями
2,
возбуждающими
два
соеди
ненных
под
прямым
углом
изгибных
волновода
3
и
4.
Концы
этих
волно
водов
связаны
с
преобразователями
через
концентраторы
Б.
Изгибные
280