超聲波變幅桿原理及設計

超聲波變幅桿是超聲波振動系統(tǒng)中一個重要的組成部分，它在振動系統(tǒng)中的主要作用是把機械振動的質(zhì)點位移或速度放大，并將超聲能量集中在較小的面積上即聚能，因此也稱超聲變速桿或超聲聚能器。

超聲波變幅桿(超聲波變幅器)顧名思義就是配合超聲波換能器改變超聲波振動幅度的功能組件。其主要作用是改變換能器的振幅(一般是增大)、提高振速比、提高效率，提高機械品質(zhì)因數(shù)，加強耐熱性，擴大適應溫度范圍，延長換能器的使用壽命。超聲波換能器通過安裝變幅桿(超聲波變幅器)調(diào)整了換能器與超聲波工具頭之間的負載匹配，減小了諧振阻抗，使其在諧振頻率工作提高了電聲轉(zhuǎn)換效率，有效降低了超聲波換能器的發(fā)熱量，提高使用壽命。

二分之一波長的縱振變幅桿有以下幾種設計方案:

1.    傳統(tǒng)解析法

2.    等效電路法

3.    替代法(機械阻抗相等法)

4.    傳輸矩陣法

5.    有限元法(finite element)   （我們用有限元分析軟件 ansys）

6.    其他方法:變幅桿設計方法還有傳輸線法、分段趨近法、 表觀彈性法等

求波長的公式：λ(波長)=c(波聲速)÷f(頻率)

聲波在鋼鐵中的傳播速度：

由公式可知 V =√(E/ρ)，

式中 E 為鋼鐵材料的彈性常數(shù)，如對于縱波，E 為它的楊氏模量，對于橫波 E 為鋼鐵材料的切變彈性模量；
ρ 為鋼鐵材料的密度，一般為 7.8×10^3 kg/m^3,

可見材料性能不同，縱波與橫波不同結(jié)果大不相同，各種資料上所列的聲波在鋼鐵中的速度有以下數(shù)據(jù)：
4512, 4870, 5100, 5960 （單位：m/s）等等。