Характеристика колебательных систем

 

Основным узлом всех ультразвуковых установок является колебательная система. Ее задача - преобразование электрических импульсов ультразвуковой частоты, поступающих от источника питания, в механические (упругие) колебания рабочего элемента установки. В общем виде любая колебательная система состоит из двух элементов: активного и пассивного. Во многих случаях (например, при обработке твердых хрупких материалов, ультразвуковой сварке и т. д.) система дополняется инструментом.

Активным элементом колебательной системы является преобразователь электрической энергии в механические колебания, а пассивным - акустический трансформатор колебания (концентратор). Пассивный элемент выполняет основную технологическую задачу - передает упругие колебания в рабочую зону. Однако он может выполнять и ряд вспомогательных функций технологического и конструктивного характера - осуществлять крепление системы в станке, защищать активный элемент от воздействия агрессивных сред и др.

Все элементы колебательной системы строго увязываются между собой по акустическим, механическим и конструктивным параметрам. Они взаимодействуют с вполне определенной характеристикой и назначением. Для получения необходимой в данном технологическом процессе амплитуды колебаний пассивного элемента колебательная система должна быть резонансной.

Резонансное явление

Резонансом называют явление (или состояние), при котором частота собственных колебаний какого-либо объекта (например, преобразователя) совпадает с частотой внешнего (другого) объекта (например, генератора- источника электрических колебаний). Последний называют источником внешнего возмущения колебаний. При резонансе амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает; при достижении полного резонанса амплитуда колебаний максимальна.

Виды резонансов

Различают электрический и механический резонанс. В первом случае резонансная частота определяется величинами индуктивности и емкости или электрическим сопротивлением и емкостью. Механический резонанс характеризуется линейными показателями - относительным удлинением, например преобразователя или концентратора; на значения показателей механического резонанса в большей степени оказывают влияние масса и свойства элементов колебательной системы.

Понятно, что каждый элемент колебательной системы должен быть резонансным, т. е. его собственная частота должна быть равной собственной частоте любого другого элемента системы (например, частоты концентратора и преобразователя). Для обеспечения этого условия все элементы акустических колебательных систем рассчитываются по определенным зависимостям и при необходимости подгоняются до полного согласования частот. Отметим, что из-за различной скорости распространения ультразвуковых волн в различных материалах длины резонансных элементов определенной колебательной системы могут быть различными, несмотря на одинаковую их собственную частоту.

Похожие материалы