Физические основы ультразвукаСтраница 2
, (2.5)
тогда скорость звука будет равна:
, ( 2.6 )
Формула ( 2.6 ) носит название формулы Ньютона. Рассчитанная с ее помощью скорость звука в воздухе составляет при 273К 280 м/с. Реальная же экспериментальная скорость составляет 330 м/с. Этот результат значительно отличается от теоретического и причину этого установил Лаплас. Он показал, что распространение звука в воздухе происходит адиабатно. Звуковые волны в газах распространяются так быстро, что, что созданные локальные изменения объема и давления в газовой среде происходят без теплообмена с окружающей средой. Лаплас вывел уравнение для нахождения скорости звука в газах:
, ( 2.7 )
Формула ( 2.7 ) получила название формулы Лапласа. [12]
Важная особенность ультразвука — возможность получения большой интенсивности даже при сравнительно небольших амплитудах колебаний, так как при данной амплитуде плотность потока энергии пропорциональна квадрату частоты. Ультразвуковые волны большой интенсивности сопровождаются рядом эффектов, которые могут быть описаны лишь законами нелинейной акустики. Так, распространению ультразвуковых волн в газах и в жидкостях сопутствует движение среды, которое называют акустическим течением. Скорость акустического течения зависит от вязкости среды, интенсивности ультразвука и его частоты. Вообще говоря, она пренебрежительно мала и составляет доли процента скорости ультразвука.
Для генерирования ультразвуковых колебаний применяют разнообразные устройства, которые могут быть разбиты на 2 основные группы — механические, в которых источником ультразвука является механическая энергия потока газа или жидкости, и электромеханические, в которых ультразвуковая энергия получается преобразованием электрической. Механические излучатели ультразвука — воздушные и жидкостные свистки и сирены — отличаются сравнительной простотой устройства и эксплуатации, не требуют дорогостоящей электрической энергии высокой частоты, кпд их составляет 10—20%. Основной недостаток всех механических ультразвуковых излучателей — сравнительно широкий спектр излучаемых частот и нестабильность частоты и амплитуды, что не позволяет их использовать для контрольно-измерительных целей; они применяются главным образом в промышленной ультразвуковой технологии и частично —
как средства сигнализации.
Основной метод излучения ультразвука — преобразование тем или иным способом электрических колебаний в колебания механические. В диапазоне УНЧ возможно применение электродинамических и электростатических излучателей.
Широкое применение в этом диапазоне частот нашли излучатели ультразвука, использующие магнитострикционный эффект в никеле и в ряде специальных сплавов, а также в ферритах. Для излучения УСЧ и УЗВЧ используется главным образом явление пьезоэлектричества. Основными пьезоэлектрическими материалами для излучателей ультразвука служат пьезокварц, ниобат лития, дигидрофосфат калия, а в диапазоне УНЧ и УСЧ — главным образом различные пьезокерамические материалы. [11]
Рисунок 2.1 – Ультразвуковой Пьезоизлучатель: 1 – элемент питания; 2 – пьезоэлемент.
Магнитострикционные излучатели представляют собой сердечник стержневой или кольцевой формы с обмоткой, по которой протекает переменный ток, а пьезоэлектрические — пластинку или стержень из пьезоэлектрического материала с металлическими электродами, к которым прикладывается переменное электрическое напряжение. В диапазоне УНЧ широкое распространение получили составные пьезоизлучатели, в которых пьезокерамическая пластинка зажимается между металлическими блоками. Как правило, для увеличения амплитуды колебаний и излучаемой в среду мощности применяются колебания магнитострикционных и пьезоэлектрических элементов на их собственной резонансной частоте.[12]
Пара трения:
вал - зубчатая муфта
Нагруженность пары трения Контурное давление, возникающее в паре трения: вал - зубчатая муфта определяется по формуле: , (3.7) где Dн – величина натяга, м; d – диаметр вала, м. Величина контурного давления для минимального натяга Dн.min = 3 мкм определяется по формуле: , (3.8) (3.9) где d2 – наружн ...
Кинематический расчёт
Целью кинематического расчёта является определение для каждой пары зубчатых колёс чисел зубьев, удовлетворяющих передаточным числам. В проектируемой двухвальной коробке передач крутящий момент передаётся последовательно через две пары зубчатых колёс – пару привода промежуточного вала с передаточным ...
Расчет технико-экономических показателей
Корректировка нормативной периодичности ТО – 1, ТО – 2 Lск ТО-1 = Lн ТО-1*k1*k3 Lск ТО-2 = Lн ТО-2*k1*k3 Где Lск ТО-1, Lск ТО-2 – скорректированная периодичность ТО-1, ТО-2, с учетом категорий условий эксплуатации и климатического района, км; Lн ТО-1, Lн ТО-2 – нормативная периодичность обслуживани ...