在高强度超声应用中,常常要求变幅杆末端具有很大的振动幅度,这就要求变幅杆的形状因数及放大系数惭p值都尽可能的大,上一节介绍的几种单一变幅杆的 值和惭p值常出现此优彼劣的现象,很难二者兼顾。为了改变这一状况,就必须采用复合变幅杆的形式来弥补不足以提高其输出性能。在有些应用场合需要特别高的振动速度时,也常用到长度满足共振条件的复合形变幅杆。
图5-8为叁段复合变幅杆。其中Ⅰ段和Ⅲ段为等截面杆,Ⅱ段为变截面杆,而变截面杆可以是指数形、圆锥形或悬链线形等不同形式。如果两等截面杆的长度相等,则构成具有变截面过渡段的阶梯形变幅杆。当Ⅰ段或Ⅲ段的任一段为零,则可构成两段复合变幅杆。
讨论复合变幅杆与单一变幅杆的方法大体相同,从变截面的波动方程式(5-1)出发, 推出各段杆中的振动位移,输入力阻抗,频率方程,放大系数和形状因数等参数的公式。下面介绍几种复合变幅杆。
(1)一端带有圆柱杆的复合变幅杆
一端带有圆柱杆的复合变幅杆比较常用的有两种:其一是大端接圆柱杆的复合悬链线形变幅杆,其二是小端接圆柱杆的复合圆锥形变幅杆,这两种变幅杆的优点是放大系数Mp比较大。表5-6列出了这两种复合变幅杆的设计公式。图5-9、图5-10分别是这两种复合变幅杆( 或)各性能参数与 的关系曲线(狈=3)。由曲线图中可以看出形状因数 与相对放大系数M p存在最大值,即在确定狈值的条件下有一确定的 值可使及M p达到最大值。