[发明专利]超声波工具头

说明书

技术领域

本发明涉及机械振动的发生或传递技术领域，尤其涉及一种用于超声波振动传递的超声波工具头。

背景技术

超声波工具头是超声波设备的重要组成部件，其作用是将超声波的振动能量传递到作用对象中去。超声波工具头的形状一般为圆柱体、圆锥体或长方体等形状，其工作面基本上为顶端的端面，考虑到实际的安装使用，这类工具头的工作面一般不大，因此辐射的能力相对比较集中，可以较好的应用在超声焊接、切割等超声波传统应用方向上。但是，随着科技的不断进步，超声波已不局限于传统应用，其在液体、气体中的应用已经越来越广泛，如在乳化、分离、匀化、提取、消泡、清洗、液体雾化及加速化学反应中的应用等。在这些应用中，传统的超声波工具头存在着以下两点的不足：

第一，现有的超声波工具头均采用纵向振动的振动模式，这类工具头的工作面和振动方向垂直，一般头部端面振动幅度最大，侧面几乎没有辐射，这极大的限制了超声波工具头的辐射面积。然而，超声波在液体或气体中的应用，辐射面往往越大越好，辐射面越大，说明受到超声作用的液体越多，作用效果就更明显。

其次，由于现有超声波工具头的辐射面单一，辐射声能时有着极强的指向性，在容器中工作时，往往导致容器中的声强极不均匀，即面向工具头辐射面的声强极强，而背向工具头辐射面的声强就很弱。一般超声波在气体或液体中的应用，往往希望声强越均匀越好，虽然目前通过设计上的改良已经设计出一些多辐射面的超声波工具头，但其本质依然是纵向振动，声强均匀性依然不理想。

从超声波原理上说，大功率超声波设备主要是通过纵向振动的方式实现能量的传递，虽然纵向振动聚能效果好，但辐射面单一，往往无法满足对液体或气体辐射超声波的要求。若将纵向振动的辐射面扩大，其振动效率就会降低，一般纵向振动的辐射面直径不大于该频率下纵波波长的1/2。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有超声波工具头在液体或气体的应用中存在辐射面指向性单一、辐射面面积小和辐射声强不均匀的问题，提供了一种辐射面面积大、辐射声强均匀和具有曲面振动辐射功能的超声波工具头。

为解决上述问题，本发明的技术方案是：

一种超声波工具头，所述工具头上设有用于连接超声波换能器或变幅杆的安装孔，所述超声波工具头为圆环体状或类似圆环体状的超声波辐射头，超声波工具头至少具有一采用弯曲振动方式辐射超声波的第一圆环曲面。

相比较于现有技术，本发明的超声波工具头利用具有曲率的辐射曲面替代了单一的平面辐射面，大大了增加工具头的辐射面积；同时，圆环状或类似圆环状工具头的辐射面是采用类似圆环状径向辐射，因此在液体或气体中的声场均匀性更好；再次，辐射曲面采用弯曲振动方式，改变了振动的传递方向，使辐射声强更加均匀，提高了工具头使用的灵活性，可适用于一些截面为类似圆形面的超声波焊接，也可作为一种变幅杆使用。

优选地，所述超声波工具头横截面的形状为圆环形、椭圆圆环形和扇环形中的一种。根据不同的应用要求，可将超声波工具头设置成圆环体状、椭圆圆环体状或扇环体状，均可达到本发明的技术效果。

优选地，所述第一圆环曲面为超声波工具头的内侧曲面或外侧曲面。超声波工具头的内侧曲面向内部辐射，满足内部辐射的需要，外侧曲面向外周辐射，满足外部辐射的需要，使工具头的使用更加灵活方便。

优选地，所述超声波工具头具有用于辐射超声波的第二圆环曲面，第一圆环曲面和第二圆环曲面分别为超声波工具头的内侧曲面和外侧曲面。第一圆环曲面向内部辐射，第二圆环曲面向外周辐射，大大增加了工具头的辐射面积，非常适合于各种管道气液体流通中超声波辐射的应用。

优选地，所述第一圆环曲面和第二圆环曲面均为采用弯曲振动方式辐射超声波的超声波辐射面，第一圆环曲面和第二圆环曲面的超声波辐射频率相同。弯曲振动方式使用，改变了振动的传递方向，提高工具头使用的灵活性，同时使第一圆环曲面和第二圆环曲面的振动达到共振，增加了第一圆环曲面和第二圆环曲面的振动强度。

优选地，所述超声波工具头还具有用于辐射超声波的第三圆环面和第四圆环面，第三圆环面和第四圆环面分别为超声波工具头的上圆环端面和下圆环端面。上圆环端面和下圆环端面上超声波辐射的设计，使声强的辐射具有三维的效果，进一步扩大了辐射面积，提高辐射的均匀性。

优选地，所述超声波工具头的曲面上设有多个用于安装超声波辐射头或变幅杆的安装孔。安装孔的设计使超声波工具头可以与其它超声波辐射头或变幅杆连接，可以改变传统的超声波振动方向。

附图说明