超声换能器的原理及设计

一.超声波换能器原理与设计(超声波振动系统)匹配

摘要：就塑料焊接机的超声波换能器系统进行设计和计算，并用PRO- E 三维软件绘出三维模型，最后进行频率分析，为超声波换能系统提供了有用的设计方法。

关键词：超声波换能器，超声波振子，超音波振动子，超声波振动系统

当代社会，塑料的各种制品已渗透到人们日常生活的各个领域。传统的加工工艺，已不能适应现代塑料工业的发展需要。超声波塑料焊接机在焊接塑料制品时，既不要添加任何粘接剂、填料或溶剂，也不消耗大量热源，具有操作简便、焊接速度快、焊接强度高、生产效率高等优点。因此，超声波焊接技术越来越广泛地获得应用。超声换能系统通常包括超声波换能器和超声波变幅杆，是进行超声焊接加工的基础组件，而良好的超声换能器是保证超声焊接加工的前提条件。

超声波焊接换能器

1.超声换能器工作原理

超声换能器是将电能转化为机械振动并放大振幅的部件，主要包括超声换能器，超声波变幅杆和超声波焊头。超声波塑料焊接机上的超声换能器的工作原理，就是利用压电陶瓷材料的逆压电效应产生振动工作的。将一压电晶体置于外电场中，在电场的作用下，引起晶体内部正负电荷重心的移动，这一极化位移又导致晶体发生形变，这就叫做逆压电效应。

超声变幅杆是超声加工处理设备中超声振动系统的重要组成部分之一。在超声振动系统工作过程中，由于超声换能器辐射面所产生的振动幅度较小，当工作频率在20 kHz 范围内，超声换能器的辐射面的振幅只有数微米，而在超声焊接中所需要的振幅大约为数十至数百微米。所以必须借助变幅杆的作用，将机械振动质点的位移量和运动速度进行放大，并将超声能量聚集在较小的面积上，