Расчет и проектирование пассивных элементов колебательных систем (63004)

Посмотреть архив целиком

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники


Кафедра электронной техники и технологии









РЕФЕРАТ

На тему:


«Расчет и проектирование пассивных элементов

колебательных систем»












МИНСК

2008


Волноводы


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.


Волновод однородный



Рисунок 1 - Волновод однородный.


lp – резонансная длина волновода;

d1 – диаметр волновода (при другом сечении размеры определяющие поперечную площадь волновода).


, (1)


где с – скорость звука в материале волновода, м/с,

f0 – резонансная частота излучателя, Гц,

n=1, 2, 3… - целое число.


Сдвиг фаз: .


Волновод с сосредоточенной на конце массой


Рисунок 2 – Волновод с сосредоточенной на конце массой


При и ,


(2)


, (3)


где φ – сдвиг фаз на торцах волновода;

k0 – волновое число.


Волновод с сосредоточенной массой в любой точке


Рисунок 3 – Волновод с сосредоточенной массой в любой точке.


При условии, что и ,

где f0 – резонансная частота колебательной системы;

fp– резонансная частота волновода.


(4)


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.

Материал

Ст45

Сталь 25НВА

Сплав ВТ-1

Латунь Л59

Алюминий

Медь

Добротность, Q

8000

6300

22000

13000

10000

6300


Концентраторы упругих колебаний


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 (трансформаторы сопротивлений, а также для преобразования одного вида колебаний в другой).

Поглощение энергии упругими средами описывается уравнением


, (5)

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.

Материал

Al

Mg

Fe

Ст

Cu

αП

0,015

0,067

0,18

0,2…0,6

1,1


Ограничения при проектировании концентраторов


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.


Ступенчатый концентратор


Рисунок 4 – Ступенчатый концентратор.


(6)


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.


Экспоненциальный концентратор



Рисунок 5 – Экспоненциальный концентратор.

(7)


Преимущества:

  1. Обеспечивает высокий коэффициент усиления.

  2. Устойчив к нагрузке.

  3. хорошо просчитывается.

Недостатки:

  1. Сложен в изготовлении.


Конусный концентратор


Рисунок 6 – Конусный концентратор.


(8)


Преимущества:

  1. Устойчив в работе.

  2. Прост в изготовлении.

Недостатки:

1. Коэффициент усиления меньше чем у двух первых.


Катеноидальный концентратор


Рисунок 7 – Катеноидальный концентратор.


,(9)


где v – наименьший положительный корень уравнения,


.


Каплевидный концентратор



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.


(10)


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.


Случайные файлы

Файл
WW_II.doc
71078.doc
73228.rtf
113347.rtf
3540.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.