專利名稱：聲波發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將能量傳遞給流體媒質(zhì)的聲波發(fā)生器，特別涉及一種其中的共振件在振動(dòng)時(shí)基本上不受制約的聲波發(fā)生器。
用于將電能轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷芎蛣?dòng)能以傳遞給流體媒質(zhì)的聲波發(fā)生器是人們熟知的。這樣的裝置例如在Bodine的英國(guó)專利2152728和Robinson的美國(guó)專利2468515的說明書中有所敘述。
但是，上述公開的這些聲波發(fā)生器有其缺點(diǎn)。例如，由Bodine在上述英國(guó)專利中所述的裝置使用了和在Bodine的美國(guó)專利3633877、3684037、3360056和4265129中描述的類型相似的共振傳動(dòng)裝置。這樣的傳動(dòng)裝置限制了該裝置所能傳遞給流體媒質(zhì)的頻率的上限。由于在共振桿與流體之間聲能的傳遞在低頻率時(shí)效率較低，所以，上限頻率的限制降低了Bodine裝置的聲學(xué)效率。Bodine還必須在其軌道質(zhì)量振蕩器(orbitingmassoscillator)與共振桿之間采用耦合，用以將振動(dòng)桿的慣性力與振蕩器隔離開。如果沒有這樣的耦合，所產(chǎn)生的慣性力的大小就足以使液壓或電動(dòng)的軌道質(zhì)量振蕩器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)較快地發(fā)生故障。
上面所述的Robinson的專利中告訴人們分別在桿的相對(duì)的兩端部用鋼襯套限制共振桿。這種支撐裝置通過(由于)鋼襯套支撐結(jié)構(gòu)而喪失了原來(lái)可被流體媒質(zhì)利用的能量。之所以這樣，是因?yàn)镽obinson的方法不能允許共振件作自由而不受制約的振動(dòng)。相反的，由于采用了鋼制固定襯套，共振件被迫要采取一特定的模式形狀。Robinson結(jié)構(gòu)還在共振件的支撐點(diǎn)和最大彎曲應(yīng)力點(diǎn)上產(chǎn)生了一很高的應(yīng)力集中。這種應(yīng)力集中最終會(huì)使共振件造成不必要的損害和/或過早的失效。這樣也限制了共振件能承受而不發(fā)生故障的機(jī)械應(yīng)力。
現(xiàn)有的振動(dòng)研磨機(jī)通常由一裝有研磨媒質(zhì)如鋼球的、固定在一用于支撐和隔振的彈簧系統(tǒng)上的剛性機(jī)殼組成。振動(dòng)是經(jīng)過一旋轉(zhuǎn)的不平衡軸傳遞的，該軸剛性地連接于研磨裝置的機(jī)體上，或者通過一電動(dòng)機(jī)并使用一直接裝在機(jī)殼上的整體性不平衡重塊傳遞的。
不平衡軸一般由一標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)通過一萬(wàn)向軸驅(qū)動(dòng)以為電動(dòng)機(jī)隔振，或通過偏心重塊驅(qū)動(dòng)，偏心重塊是與電動(dòng)機(jī)連成整體的。如果是采用后者，電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)強(qiáng)度與研磨機(jī)自身的強(qiáng)度基本相同。
當(dāng)利用一偏心重塊產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，力必須從旋轉(zhuǎn)件通過軸承傳遞給研磨機(jī)的機(jī)體。這些作用力以振動(dòng)頻率的平方增加，而在商用規(guī)模用途中實(shí)際上振動(dòng)頻率被限制于30赫茲，這是因?yàn)槿绻l率再增加，振動(dòng)研磨機(jī)裝置的質(zhì)量所需的力十分巨大。隨著旋轉(zhuǎn)頻率提高，滾子軸承的負(fù)載承受能力開始受到限制。
當(dāng)現(xiàn)有的振動(dòng)設(shè)計(jì)被稱作共振研磨機(jī)時(shí)，它僅意味著振動(dòng)頻率相應(yīng)于用來(lái)隔離研磨機(jī)的彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)的固有頻率，這種研磨機(jī)的共振會(huì)提高系統(tǒng)中的能量效率。但是要為需要大的彈簧剛度的大研磨質(zhì)量獲得必要的振幅是非常困難的。
按照本發(fā)明的構(gòu)思提供的一種聲波發(fā)生器包括一具有多個(gè)波節(jié)和波腹的共振件，位于一機(jī)殼和所述共振件之間的彈性固定(安裝)和定位裝置，用固定(安裝)裝置與所述共振件耦合的電磁傳動(dòng)裝置，所述固定(安裝)裝置包括一圍繞所述共振件的外部襯套和一位于所述外部襯套與所述共振件之間的彈性材料。
按照本發(fā)明的另一構(gòu)思提供的一種研磨材料的方法包括支撐一在節(jié)點(diǎn)具有至少一共振頻率的不受約束的構(gòu)件，將至少一研磨室固定到所述不受約束的構(gòu)件上的一非所述節(jié)點(diǎn)之處，將研磨媒質(zhì)引入所述研磨室，以所述共振頻率以電磁方式激勵(lì)所述不受約束的構(gòu)件，將待研磨材料送入所述研磨室和當(dāng)這些材料通過所述研磨室中的所述研磨媒質(zhì)后將其除去。
按照本發(fā)明的又一構(gòu)思提供的一種研磨裝置包括一具有多個(gè)波節(jié)和波腹的基本上不受限制的共振件，位于一機(jī)殼和所述共振件之間于所述共振件的至少兩個(gè)波節(jié)處的彈性固定(安裝)裝置，固定到所述共振桿的至少一波腹處的電磁傳動(dòng)裝置，至少一固定到所述共振室的一波腹處的研磨室和使待研磨材料可進(jìn)入和跑出所述研磨室的裝置。
現(xiàn)在，結(jié)合附圖來(lái)描述本發(fā)明的一個(gè)僅用作舉例的具體實(shí)施例。這些附圖為

圖1A是按照本發(fā)明的聲波發(fā)生器的圖解正視圖;
圖1B是相應(yīng)于圖1A的發(fā)生器的第二模式形狀的圖解視圖;
圖2是圖1的聲波發(fā)生器的端視圖;
圖3A-3D圖解表示了共振件的幾種特征模式形狀;
圖4是表示按照本發(fā)明的聲波發(fā)生器的電動(dòng)機(jī)固定區(qū)的放大了的正視圖;
圖5是沿著圖4中“V-V”平面剖開的圖4所示的電動(dòng)機(jī)固定區(qū)的頂視圖;
圖6表示了一個(gè)在一攪拌缸中工作狀態(tài)下的聲波發(fā)生器;
圖7是電磁激發(fā)裝置和通過固定裝置連接到共振桿上的電樞的端視圖;
圖8是圖7的部分側(cè)視圖;
圖9A是表示已連接一研磨室的圖1的共振件的部分側(cè)剖視圖;
圖9B是從圖9A的右方看的端視圖;
圖9C是沿圖9A中的“ⅨB-ⅨB”剖開的端剖視圖;和圖10是處于一第一共振頻率的圖9所示的共振件的圖解示圖。
現(xiàn)在參閱諸附圖。圖1中的“10”總的表示為一聲波發(fā)生器，它包括一共振件，如一桿或管11，它基本上延伸發(fā)生器10的整個(gè)長(zhǎng)度，其一端固定在一機(jī)殼20內(nèi)。
有兩只可變頻率電磁激發(fā)裝置13(圖9A中只畫出了其中之一)，由每相一電磁鐵組成，可變頻率電磁激發(fā)裝置由一三相交流電源(未畫出)供電。電樞組件用螺栓連接、夾持連接或焊接方式牢固地安裝好。這兩激發(fā)裝置如定位于一自由端則可直接裝在桿上，如另外定位，則直接裝到激發(fā)裝置隔離套14上。該隔套14用金屬管，最好是鋼管制成，它與共振桿共中心安裝，其內(nèi)徑22略大于共振桿11的外徑，其長(zhǎng)度希望至少等于其直徑。在隔套14的內(nèi)側(cè)與共振桿11的外徑之間的環(huán)形空間中填滿了彈性體21，如尿脘。尿脘又使隔套14牢固地與共振桿11連結(jié)在一起。
操作時(shí)，假設(shè)聲波發(fā)生器10裝在一種流體媒質(zhì)中，如圖6所示，這樣，當(dāng)聲波發(fā)生器10運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，能量從聲波發(fā)生器10的共振桿11傳遞到流體媒質(zhì)15。
包括有隔套14和電樞12的共振件11的模式形狀，對(duì)于系統(tǒng)的多種固有頻率，是已知的。例如參閱圖3，其中圖3A是未偏移的共振桿11，而圖3B，3C和3D則表示了對(duì)應(yīng)于共振件11的三個(gè)最低固有頻率的三種模式的形狀。
為激發(fā)共振件11，利用一可變頻率三相交流電源(未畫出)，以所需的共振件的固有頻率給電磁激發(fā)裝置13通電。電源的每一相為電磁激發(fā)裝置13的三相中每一相供電。如圖2所示，激發(fā)裝置13的每一相，圍繞著共振件11沿徑向成120°間隔分布。這樣，激發(fā)裝置產(chǎn)生的力矢量以恒速且以被驅(qū)動(dòng)頻率繞著共振件11的縱軸線16旋轉(zhuǎn)。這就引起共振件11的三維、章動(dòng)振動(dòng)，這樣，使聲能沿所有方向沿徑向傳布出共振桿11。當(dāng)共振件11在其固有頻率被激發(fā)時(shí)，對(duì)一給定的激發(fā)力，可獲得一增大的功率傳遞能力。
如圖1A所示，共振桿11彈性安裝在機(jī)殼20中，在圖1B圖解所示的諸波節(jié)點(diǎn)，共振桿11的振幅基本上為零。將共振桿11裝到機(jī)殼20的這些點(diǎn)，這是有利的，因?yàn)橥ㄟ^波節(jié)支撐定位器23的能量損失較小，由于當(dāng)共振桿11共振時(shí)，在這些波節(jié)點(diǎn)處，共振桿11的運(yùn)動(dòng)極微或無(wú)運(yùn)動(dòng)，共振系統(tǒng)的定位，特別是相對(duì)于電磁激發(fā)裝置13的電樞12的定位，利用節(jié)支持定位器23就可以精確地完成，如圖7和圖8所示。
圖1B示出了四個(gè)最大的振幅點(diǎn)。這些點(diǎn)，如圖中的24，25，30和31，均為波腹。在機(jī)殼20中，在高應(yīng)力點(diǎn)或波腹30處，利用隔套14和彈性體21將激發(fā)裝置電樞12固定到共振桿11上。由于桿11的自由端基本上是無(wú)應(yīng)Φ?，乖囌Eǜ 1處不需要彈性固定裝置21。由于從共振桿11到流體媒質(zhì)15，和從電磁激發(fā)裝置13到共振桿11的能量傳遞，正比于共振桿11的振幅，所以，在激發(fā)裝置電磁鐵13與電樞12之間，以及在共振桿11與內(nèi)部裝有聲波發(fā)生器10的流體媒質(zhì)15(見圖6A)之間的能量傳遞，在諸波腹處是最有效的。
使用彈性體和隔套14后，能減小加到共振桿11的應(yīng)力集中，這種應(yīng)力集中是由于如用夾持或螺栓或焊接連接方式將激發(fā)裝置電樞12剛性地直接安裝到桿上而引起的。之所以這樣，是因?yàn)橄鄬?duì)于被制約的表面面積，彈性體21的自由表面積是十分小的，其結(jié)果形成了一有很小壓縮性的層。這樣，將會(huì)在共振件11的諸組件之間基本上傳遞所有的作用力，而同時(shí)，彈性體21允許共振桿11在吸收桿11的、由固有于其特征模式形狀的撓曲所引起的小的相對(duì)偏移后，以基本上不受約束的結(jié)構(gòu)，以其特征模式形狀，自由撓曲。
盡管在這里共振桿11和隔套14之間采用的彈性材料21是尿脘，許多其它材料也能使用，只要它們的工作特性合適就可以，如上所述，工作特性中包括彈性體這樣的特性。這點(diǎn)是很明顯的。
聲波發(fā)生器被描述為用于流體媒質(zhì)的發(fā)生器，應(yīng)該理解這種流體媒質(zhì)可是液體，氣體或經(jīng)研磨被流化為一定顆粒大小的固體。
現(xiàn)來(lái)參閱圖9和10，按照本發(fā)明的、總的用“35”表示的聲波發(fā)生器被用于研磨工作環(huán)境中。共振件32是利用能充氣膨脹、位于共振件32的波節(jié)點(diǎn)33，34的空氣囊36(見圖9C)被支撐于波節(jié)點(diǎn)33，34處，這些波節(jié)點(diǎn)可以計(jì)算出，或者經(jīng)簡(jiǎn)單地使共振件32發(fā)生共振然后觀察其波節(jié)點(diǎn)位置而找出來(lái)。由Goodyear(固特異)公司制造的超級(jí)緩沖彈性空氣囊(SuperCushionAirSpringairbag)被發(fā)現(xiàn)是較為適用的。
電磁驅(qū)動(dòng)裝置40，41最好在波腹42、43處與共振件32連接(圖9)，并以共振件32的合適的共振頻率被激發(fā)。如前所述，激發(fā)裝置的定向造成了共振件32的三維章動(dòng)振動(dòng)，這種振動(dòng)又轉(zhuǎn)換為研磨室44，50的圓周運(yùn)動(dòng)(當(dāng)沿著共振件32的軸線看去時(shí))，這種圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)研磨效率是重要的。研磨室44，50最好也在波腹42，43處用螺栓固定到共振件32上。研磨室44，50和驅(qū)動(dòng)裝置40，41與共振件32剛性相連，為了確定模式形狀和共振頻率，它們基本上也成了共振件的一部分。
研磨室44，50中充滿了研磨媒質(zhì)，如鋼、陶瓷，鑄鐵等。盡管媒質(zhì)45的形狀可以是任意的，但數(shù)球狀和圓柱體最好。研磨室44，50中例如放有大小合適的鋼球，為了在研磨室44，50中通過媒質(zhì)45進(jìn)行研磨工作，待研磨的材料將被流化。
等研磨的材料經(jīng)過入口52加入到研磨室44，50中的研磨媒質(zhì)45中，而從研磨室44，50的出口51出去。例如以所需的速度將流化的材料泵入研磨室44，50，就可控制待研磨的材料。
為了研磨典型的含金的礦石，共振件32可用一鋼桿，其直徑約13英寸，長(zhǎng)度約120英寸。以這樣的尺寸，共振件32的固有頻率約為120赫茲。兩個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)40，41的總的額定功率應(yīng)為約75千瓦，其中每只電動(dòng)機(jī)裝在外波腹42，43處。當(dāng)共振頻率為120赫茲時(shí)，產(chǎn)生三個(gè)波腹43，42，46和兩個(gè)波節(jié)33，34，如圖10所示，其中一個(gè)波腹46位于共振件32的中心。
每只研磨室44和50的容積應(yīng)為近15立升，直徑為近8英寸，長(zhǎng)約18英寸。還應(yīng)采用可更換的內(nèi)襯，以便當(dāng)內(nèi)襯受磨損后方便地更換。為了研磨金礦石，可采用如鋼，碳化鎢，氧化鋯，氧化鋁等研磨媒質(zhì)。利用上面考慮后提出的這種裝置，可將物料從1500微米大小減小到50微米，其研磨速度為每天500噸?？梢岳斫膺@樣的數(shù)量只是近似的，在實(shí)際的操作條件下，研磨的尺寸及速度是可以有很大變化的。
熟悉本發(fā)明領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)域的人可方便地對(duì)上述發(fā)明作許多附加的修改，上述具體的實(shí)施例只是作為對(duì)本發(fā)明的說明，本發(fā)明并不限于該實(shí)施例，本發(fā)明的范圍如專利權(quán)項(xiàng)所述。
權(quán)利要求
1.一種聲波發(fā)生器，其特征在于，它包括一具有多個(gè)波節(jié)和波腹的共振件；位于一機(jī)殼與所述共振件之間的彈性固定裝置；所述共振件包括一共振桿和用固定裝置固定到所述彈性桿上的電磁驅(qū)動(dòng)裝置，所述固定裝置包括一圍繞所述共振桿的外襯套和一位于所述外襯套與所述共振桿之間的彈性材料。
2.如權(quán)利要求1所述的聲波發(fā)生器，其特征在于，所述共振件有一對(duì)所述共振件的預(yù)定的固有頻率的工作模式，所述工作模式有諸波節(jié)和波腹，所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置在至少一個(gè)所述波腹處固定于所述共振件。
3.如權(quán)利要求2所述的聲波發(fā)生器，其特征在于，所述共振件利用機(jī)殼固定裝置固定于一機(jī)殼，所述機(jī)殼固定裝置位于至少兩個(gè)所述波節(jié)處。
4.如權(quán)利要求3所述的聲波發(fā)生器，其特征在于，所述彈性材料是一橡膠或一尿脘彈性體。
5.如權(quán)利要求4所述的聲波發(fā)生器，其特征在于，所述外襯套是金屬制的。
6.如權(quán)利要求5所述的聲波發(fā)生器，其特征在于，所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置有兩個(gè)。
7.如權(quán)利要求2所述的聲波發(fā)生器，其特征在于，所述電磁驅(qū)動(dòng)裝置由一三相交流電源驅(qū)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求3所述的聲波發(fā)生器，其特征在于，所述固定裝置還相對(duì)于所述激發(fā)裝置將所述共振件定位。
9.一種研磨材料的方法，其特征在于，它包括在波節(jié)點(diǎn)處支撐一具有至少一共振頻率的不受約束的構(gòu)件;在一非所述波節(jié)點(diǎn)之處將至少一研磨室剛性固定于所述不受約束的構(gòu)件;將研磨媒質(zhì)送入所述研磨室;在所述共振頻率用電磁方式激發(fā)所述未受約束的構(gòu)件;將所述待研磨的材料送入所述研磨室，和在所述材料通過所述研磨室中的所述研磨媒質(zhì)之后將其排出。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述研磨室位于所述不受約束的構(gòu)件的一波腹處。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述不受約束的構(gòu)件是靠一位于一波腹處的電磁鐵以電磁方式激發(fā)的。
12.一種研磨裝置，其特征在于，它包括一具有多個(gè)波節(jié)和波腹的不受約束的共振件;位于一機(jī)殼與所述共振件之間的所述共振件的至少兩個(gè)波節(jié)處的彈性固定裝置，在至少一個(gè)波腹處固定到所述共振件上的電磁驅(qū)動(dòng)裝置;和至少一個(gè)在一波腹處固定到所述共振件上的研磨室。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，它還包括使待研磨材料從所述研磨室進(jìn)出的裝置。
14.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述研磨室與所述共振件連成整體。
15.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述研磨室剛性連接于所述共振件。
16.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述共振件按著其固有的模式形狀自由振動(dòng)而不受制約。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述施加于所述研磨室的振動(dòng)基本上是圓形的。
18.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述彈性固定(安裝)裝置包括諸空氣囊。
全文摘要
一種聲波發(fā)生器包括一共振桿，一機(jī)殼和連接在共振桿與機(jī)殼之間的磁激發(fā)裝置。磁激發(fā)裝置用一固定連接在諸高應(yīng)力點(diǎn)處與桿相連，該固定連接是一內(nèi)徑略大于桿的外徑的襯套。在襯套與共振件之間安裝一如尿脘這樣的彈性體。該聲波發(fā)生器可用于研磨目的，尤其可用于將物料研磨得十分細(xì)微而節(jié)省功耗。桿是基本上自由(不受約束)的，可基本上自由地振動(dòng)。
文檔編號(hào)B21K1/54GK1038417SQ8810553
公開日1990年1月3日 申請(qǐng)日期1988年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月18日
發(fā)明者克里斯托費(fèi)·A·尼貝里, 詹姆斯·G·杰克遜, 賈恩·布雷迪克爾 申請(qǐng)人:Cetec聲能學(xué)公司