超声波清洗机结构创新设计

朱惠蕊 郝绘坤 【 通讯作者】

山东协和学院 山东济南 250107

摘要：随着科学技术的进步，超声波清洗机的应用日益扩大，成为大众对于清洁方面的不二选择。经研究表明，超声波在作用于液体时，超声波释放的每一个气泡的撕裂会产生极大能量的冲击波，几百度的高温剂上千个大气压，因此这种现象被称之为“空化作用”，超声波清洗正是用气泡的撕裂所产生的冲击波来达到清洗工件的作用。然而市面上的超声波清洗机里的换能器大多采用粘胶。本次结构设计中采用螺丝加粘胶防止换能器脱落的情况。

关键词：超声波；换能器；发生器

引言

目前,在人们的生活中,超声波清洗技术应用广泛,随着对超声波清洗技术研究的不断深入,超声波清洗的成本越来越低,而其带来的经济效益越来越高,因此超声波清洗深受大众喜爱。“空化作用”和“直进流作用”是超声波清洗的两个重要作用,超声波清洗主要就是利用超声波在液体中的“空化作用”和“直进流作用”对清洗液和被清洗物上污渍直接和间接两方面的综合作用,使得污渍被剥离清洗物件的表面,达到快速清洗干净的目的。针对上述情况背景本文设计一款超声波清洗机结构。设计超声波清洗机结构主要有五个部分组成，包括超身波发生器、超声波换能器、箱体、附加部件及中央控制系统，结构简单，整体稳定效率高。

1 超声波清洗机设计概述

针对超声波清洗的行业本文设计了一种超声波清洗机的结构。它主要有超身波发生器、超声波换能器、箱体、附加部件及中央控制系统组成；它具有设计简洁，使用方便的优点；还可以有效代替手动清洗可以保证工件表面不被破坏的情况下去除污渍，节省了人类劳动力降低成本。

2 超声波清洗机整体结构设计

据了解人工清洗工件零件方式有以下几种：

第一种用毛刷、棉丝等工具直接对工零件表面的污物进行清洗；

第二种就是用清洗液对工零件进行冲洗；

第二种是用热油、热水、热风、蒸气对工件表面进行加热，使其溶解脱落；

第四种用清洗剂对工件零件进行浸泡，其主要作用是使清洗机与工件表面污物脱离。

人工清洗的有很大缺点比如劳动条件差、效率低、清洗质量由操作者主观因素所影响。而市面上的超声波清洗机存在各种各样的问题比如换能器故障、清洗物料较慢等。结合以上情况再保证设计合理结构简单前提下设计出超声波清洗机包含超身波发生器、超声波换能器、箱体、附加部件及中央控制系统五个主要机构。

3 超声波清洗机主要结构设计及工作原理

3.1超声波换能器的设计

超声换能器是超声振动系统的核心部件，超声波清洗机设备是利用超声换能器的作用即超声波发生器产的超声频电能转换成超声振动的机械能，从而达到清洗效果。

如
图1

图1 超声换能器

3.2 超声波发生器

超声波发生器即超声电源。是一种用以产生并向超声换能器供超声频电能的装置。本次设计采用的是模拟电路中振荡-放大型超声波发生器，它是一个带有振荡电路的放大器，由振荡器、放大器、匹配电路和电源四个部分组成。振荡器产生一定的频率的信号，通过放大器将其放大到一定的功率输出，达到最佳负载值。最后通过输出压器进行阻抗匹配，并通过功放输出。下图是振荡放大型超声波发生器结构框图。

图2 振荡放大型超声波发生器结构框图

3.3 箱体设计

箱体包括清洗槽、附加箱、脚轮等。

3.4 附加部件的选择

为了保证超声波清洗机可以正常工作本设计加了一下几个部件：

（1）排热扇，保证超声波清洗机中的中央控制系统可以保持正常运行，；

（2）加热器，保证水温加热到60°C；

（3）排水电磁阀；

（4）报警器；

（5）液位计；

（6）温度传感器。

3.5 中央控制系统

本系统中的控制量均为开关量,整个工艺过程以逻辑顺序控制为主。故选用可编程控制器即PLC为控制单元,实现整个过程的自动控制。而且PLC优点很多。比如说体积小、结构紧凑、工作可靠、功能强大、扩展能力强、抗干扰能力强。很适合工作环境。

4 结束语

本文设计的超声波清洗机是在查阅大量资料再结合实际人工清洗及市场上超声波清洗机工作的方式的情况下设计研究而来的。上网搜索关于超声波的知识的过程中渐渐地对超声波有了一定了解。并在整个超声波清洗机的设计过程当中，且再次复习了有关的专业知识，并对这些知识又有了新的认识，有了更深的了解。但本次结构设计中仍存在不足之处，之后我也会继续探索和研究，不断更新自己的知识面加以完善优化设计，使超声波清洗机保证质量安全情况下提高其稳定性。

参考文献

[1]赵又红、周知进 《机械设计基础课程设计指导（第五版）》[M] ：高等教育出版社，2019年9月1日；

[2]成大先 《机械设计手册（第六版）》 [M]：化工工业出版社，2017年2月；

[3]曹凤国 《超声加工技术》[M] ：化学工业出版社，2005年1月1日；

[4]濮良贵、陈国定、吴立言 《机械设计（第十版）》[M] 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编组：高等教育出版社，2019年7月29日；

[5]百度百科 超声波清洗机