Page 62 - 《应用声学》2023年第4期

724 2023 年 7 月

化喷嘴的前端。然后，在超声波发生器的作用下，超 由文献 [15] 可知，该带中心孔换能器的等效电
声雾化喷嘴前端产生强大的声压，当该声压值超越 路图，如图4所示。
了润滑液分子间的内聚力，流动的润滑液液体被拉
破，出现雾化现象。此外，该多余声压还会进一步推 1 2 3 4
动润滑液雾滴进一步向前定向运动，形成一定的冲
5
击力并突破砂轮-工件磨削过程中产生的“气障”。 L 5 S  S 

Ͱພॲ᧚
Ι๯ጇፒ
ѣ ᤉ ๧໏๯ L  L  L  L 
ᆋᣃ
1. Ցԍᄦ; 2. ԍႃᬝၬః۷; 3nj4. Ғቫᄦ; 5. ቇॷᛃಏ

图 3 带中心孔超声换能器的结构简图
ҫࢺࢺ͈
ᭉໟ Fig. 3 Structural diagram of ultrasonic transducer
- +
25 kHzᡔܦ with center hole
ฉᭉӑإٙ
ᡔܦฉԧၷ٨
Z  Z  Z  Z  Z  Z  Z  Z 
图 1 低温微量雾化系统结构示意图 Z 
Fig. 1 The structural diagram of cryogenic mini- Z  Z 
U   . n
mum quantity lubrication system Z B C  Z  Z F

2 超声雾化喷嘴的频率方程 Z  Z  Z 

2.1 振动模式分析 图 4 等效电路图
根据工程实际需求，提出一种单波长超声雾化 Fig. 4 Equivalent circuit diagram
喷嘴，如图 2 所示。该超声雾化喷嘴主要有两部分
在空载状态下，带中心孔换能器前后两端的
组成：第一部分是 A 段带中心孔的 λ/2 波长超声换
负载阻抗 Z B = Z F = 0。其各段的等效机械阻抗
能器；第二部分是 B 段带中心孔的 λ/2 波长复合变
为 [15]
幅杆。
Z i1 = jZ i tan(k i L i /2) = jρ i c i s i tan(k i L i /2), (1)
A B
Z i ρ i c i s i
Z i2 = = , (2)
j sin(k i L i ) j sin(k i L i )
其中，L i 、ρ i 、c i 、s i 、R i 、k i 和 Z i 分别表示各段的
长度、密度、声速、横截面积、半径、纵振圆波数以
0
及阻抗。其中，圆波数 k i = 2πf/c i ；频率为 f；螺
柱长度 L 5 = L + L ；L = L 1 + L 2 ；L 3 = L ；
′
′′
′′
′
5 5 5 5
前后 1/4λ 带中心孔换能器中螺柱长度分别为 L 、
′
图 2 单波长超声雾化喷嘴 5
2
L ；各段横截面积 s 1 = s 2 = s 3 = s 4 − s 5 = πR ；
′′
Fig. 2 The single wavelength ultrasonic atomizer 5 1
s 5 = π(R 5 − R ) 。
# 2
5
2.2 带中心孔换能器的频率方程 前1/4λ带中心孔换能器的共振频率方程为
带中心孔换能器主要有后压盖、压电陶瓷晶堆、
2
′
Z tan(k 3 L 3 ) tan(k 4 L 4 ) tan(k 4 L )
4
5
前端盖以及空心螺柱等组成，如图 3 所示。考虑到
′
= Z 3 Z 4 tan(k 4 L ) + Z 5 Z 4 tan(k 3 L 3 ). (3)
超声雾化喷嘴安装连接，将法兰设置在 2-3 连接端 5
面处(即1/4λ节面I-I处)。 后1/4λ带中心孔换能器的共振频率方程为