Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 45
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Кафедра электронной техники и технологии На тему: «Расчет и проектирование пассивных элементов
колебательных систем» МИНСК 2008 Волноводы – стержни или трубки постоянного сечения, связывающие преобразователь с нагрузкой. В качестве нагрузки может быть концентратор, преобразователь колебаний, инструмент или технологическая среда. Волновод как согласующий элемент может быть включен в любое место этой цепочки. Назначение: 1. Согласование механического сопротивления внешней нагрузки (инструмента, технологической среды) с внутренним сопротивлением активного элемента. 2. Крепление колебательной системы в технологической машине или другом устройстве. Любой волновод характеризуется величиной затухания, добротностью, коэффициентом усиления, резонансной длиной и сдвигом фаз на резонансной частоте. Рисунок 1 - Волновод однородный. lp
– резонансная длина волновода; d1
– диаметр волновода (при другом сечении размеры определяющие поперечную площадь волновода). где с – скорость звука в материале волновода, м/с, f0
– резонансная частота излучателя, Гц, n=1, 2, 3… - целое число. Сдвиг фаз: Рисунок 2 – Волновод с сосредоточенной на конце массой При где φ – сдвиг фаз на торцах волновода; k0
– волновое число. Рисунок 3 – Волновод с сосредоточенной массой в любой точке. При условии, что где f0
– резонансная частота колебательной системы; fp
– резонансная частота волновода. Ввиду того, что механические потери в преобразователе (активном элементе) больше, чем в концентраторе, частоту концентратора выбирают ниже, а частоту пакета выше резонансной частоты колебательной системы. Таблица 1 Добротности некоторых материалов на частоте f0
= 20,0 кГц. Концентраторы упругих колебаний – служат для усиления колебаний преобразователя (трансформаторы скорости), для трансформирования сопротивления механической нагрузки (среды) до значения близкого к оптимальному внутреннему сопротивлению активного элемента Поглощение энергии упругими средами описывается уравнением где I0
– подводимая энергия; I – энергия на выходе устройства; X – акустическая длина пути в устройств; αП
– коэффициент поглощения акустической энергии в среде. Если энергия рассеивается в основном в виде тепла, то для некоторых материалов коэффициент поглощения акустической энергии можно оценить из таблица 2 Таблица 2 Коэффициент поглощения для некоторых материалов. Ввиду того, что потери акустической энергии в преобразователе больше, чем в пассивном элементе, частоту пассивного элемента выбирают ниже резонансной f = (0,8…0,9)f0
, а частоту преобразователя выше резонансной f
= (1,1…1,2)f0
. Максимально допустимые амплитуды смещения на торце концентратора, исходя из усталостной прочности, не должны превышать (в мм): - у ступенчатых - у конусного - каплевидного σ-1р
– усталостная прочность материала (кгс/мм2
). Для: Ст. 10 160…220 МПа Ст. 20 200…250 МПа Ст. 45 250…340 МПа 40 Х 320…380 МПа 40 ХНМА 500…700 МПа D 16 115…120 МПа ВТ 3-1 480…500 МПа Различают следующие основные типы концентраторов: ступенчатый, экспоненциальный, конусный, катеноидальный, каплевидный. Рисунок 4 – Ступенчатый концентратор. Преимущества: 1. Прост в расчете и изготовлении. 2. Обеспечивает большой коэффициент усиления. Недостатки: 1. Низкая механическая прочность в местах перехода. 2. Острая чувствительность к нагрузке. Рисунок 5 – Экспоненциальный концентратор. Преимущества: 1. Обеспечивает высокий коэффициент усиления. 2. Устойчив к нагрузке. 3. хорошо просчитывается. Недостатки: 1. Сложен в изготовлении. Рисунок 6 – Конусный концентратор. Преимущества: 1. Устойчив в работе. 2. Прост в изготовлении. Недостатки: 1. Коэффициент усиления меньше чем у двух первых. Рисунок 7 – Катеноидальный концентратор. где v – наименьший положительный корень уравнения, Рисунок 8 – Каплевидный концентратор. Состоит из трех частей. Участки 1 и 3 представляют собой части обычного ступенчатого концентратора. На участке 2 механическое напряжение максимальное и постоянное по величине. Преимущества: 1. Высокий коэффициент усиления. 2. Простой расчет. 3. Устойчив в работе. 4. Высокая равномерность механических напряжений. Недостатки: 1. Относительно сложный в изготовлении. ЛИТЕРАТУРА
1. Проектирования радиоэлектронных средств: Учеб. пособие для вузов /О.В.Алексеев, А.А.Головков, И.Ю.Пивоваров и др.; Под ред. О.В.Алексеева. – М.: Высш. шк., 2000. – 479 с. 2. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник/ А.П. Достанко, В.Л.Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев; Под общ. ред. А.П. Достанко. – Мн.: Выш. шк., 2002 3. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования/ Под ред. Р.Г. Варламова. - М.: Радио, 2000.
|