自由端盖Ⅲ型宽带弯张换能器的设计

提出了一种利用多模耦合实现低频、宽带、大功率特性的新结构Ⅲ型弯张换能器。通过在压电陶瓷堆内部嵌入与凹型弯张壳体相连的弹性辅助弯曲梁结构,并用弯曲圆盘作为顶部自由端盖,增加有效工作模态。利用有限元方法对换能器进行了设计优化,分析结果显示换能器在低频段存在4个主要工作模态。根据优化结果,加工制作了换能器样机,水池实验的测试结果表明:在1.5~5.5 kHz范围内,换能器样机的发送电压响应均大于135 dB;1.5~4 kHz内的最大发送电压响应大于142 dB,响应起伏小于6 dB。研究结果表明自由端盖Ⅲ型弯张换能器不仅能够在小尺寸设计下实现大功率工作,还能获得低频宽带发射性能。

自由端盖四梁凹形宽带弯张换能器设计

针对凹形弯张换能器改善低频宽带工作特性的技术需求,提出了一种自由端盖四梁凹形弯张换能器新结构。结构中将纵向振子的端部设计成弹性辅助梁,与主弯曲梁连接构成复合弯曲梁。同时为了克服弹性辅助梁对振动辐射带来的不利影响,引入了由纵向振子驱动的方形自由端盖并以此构成新的辐射端面。利用有限元软件分析了这种新结构弯张换能器的多模振动特性,模态分析表明换能器的前五阶模态是可利用的主要工作模态,频率间隔可以通过敏感结构参数进行调控。通过优化给出了一种设计方案,换能器整体几何尺寸为140 mm×140 mm×396 mm,仿真分析了换能器在水中的导纳特性和发射电压响应曲线,结果表明:换能器最大发射电压响应大于145 dB,发射电压响应起伏小于6 dB的工作频带为1.5~4.3 kHz,发射电压响应起伏小于10 dB的工作频带为1.5~8 kHz,具有低频宽带大功率工作特性。

夹心式压电超声焊接换能器的优化设计

基于等效电路法和有限元法对夹心式压电超声焊接换能器的结构尺寸进行了优化设计。探讨了换能器前后盖的纵向尺寸对机电转换性能和振幅的影响,加工制作了相应的夹心式压电超声焊接换能器,并对其机电转换效率进行了实验测试。结果表明,通过对换能器前后盖尺寸的优化,换能器具有最佳的机电转换效率和最大的振速比,研究结果可为该类换能器的优化设计提供理论指导。