Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.13
no.3
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pp.53-60
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2004
We have developed and manufactured an experimental ultrasonic polishing machine with frequency of 20kHz at the power of vibration 1.7㎾ for effective ultrasonic polishing in processing of high hardness material. Design of the horn is performed by the FEM analysis. The following conclusions were empirically deduced through experimental results to clarify the major elements which affect the surface roughness during the ultrasonic process by following the experimental plans. The ultrasonic polishing machine has been developed in parts of structure part, ultrasonic generator, vibrator. We were able to process the high hardness material without difficulty as a result of ultrasonic polishing by utilizing the groove added step-type horn. Through analyzing by applying the experimental plans, the rotating speed of the horn was determined to be the major factor in influencing the surface roughness. In the case of ceramic, wafer, we were able to obtain good surface roughness when the feed rate and the ultrasonic output were higher. Because the load on slurry particle increases when the ultrasonic output is higher, the processed surface becomes worse in the case of optical glass.
Ultrasonic waves are used in various applications in multiple devices, sensors, and high-power machinery, such as processing machines, welders, and cleaners, because the acoustic vibration frequencies are above the human audible frequency range. In ultrasonic machining, electrical energy at a high frequency of 20 kHz or more is converted into mechanical vibration by a vibrator and an amplifier. This technique allows instantaneous separation between a tool and a workpiece during machining, machining by pulse impulse force at the time of re-contact and minimizes the minute elastic deformations of the workpiece and machine tools due to the cutting effect. The Al7075 alloy used in this study is a typical aluminum alloy with superior strength that is mainly used in aircrafts, automobiles, and sporting goods. To investigate the optimal conditions for machining aluminum alloy using ultrasonic vibration, the present experiment utilized the Taguchi orthogonal array method, and the coefficient of friction was analyzed using the characteristics of the Taguchi technique. In ultrasonic friction and abrasion tests, the changes in the friction coefficient were measured in the absence of ultrasonic vibrations and at 28 kHz and 40 kHz. As a result, the most considerable influence on the friction coefficient was found to be the normal load, and the frequency of ultrasonic vibrations increases, the coefficient of friction increases. It was thus confirmed that the amount of wear increases when ultrasonic vibration is applied.
Kim, Beom-Jin;Jeong, Dong-Seok;Kim, Tae-Yeol;Park, Tae-Gon;Kim, Myeong-Ho;Uchino, Kenji
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.50
no.9
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pp.427-433
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2001
A linear ultrasonic motor was designed by a combination of the first longitudinal and fourth bending mode, and the motor consisted of a straight aluminum alloys bar bonded with a piezoelectric ceramic element as a driving element. That is,$L_1-B_4$ linear ultrasonic motor can be constructed by a multi-mode vibrator of longitudinal and bending modes. Linear ultrasonic motors are based on an elliptical motion on the surface elastic body, such as bar or plates. In general, the natural resonance frequency of the stator is used as a driving frequency of the motor which provides a large elliptical motion. The corresponding eigenmode of one resonance frequency can be excited twice at the same time with a Phase shift of 90 degrees in space and time. And the rotation can be reversed by changing the phase between the two signals from sin$\omega$t to cos$\omega$t. Moreover, the tangential force pushes the slider(rotor) and, therefore, determines the thrust and speed of the motor. The experimental results of fabrication motors, bimorph-tyPe motor showed more excellent than unimorph-type. The maximum speed of TBL-200, TBL-300, TBL-400, TBL -220, TBL-310 and TBL-420 motors were 0.12, 0.37, 0.39, 0.14, 0.55 and $0.60ms6{-1}$, respectively. And the efficiency were reported 1.15, 7.9, 6.6, 2.36, 10.1 and 16.5%, respectively. That time, output thrust of the motor was a strong(1~2N) and the weight of stator was a lightness(5~7g).
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2004.07b
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pp.627-630
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2004
Transducer for linear ultrasonic motor with symmetric and anil anti-symmetric modes was studied. The transducer was composed of two Langevin-type vibrators that cross at right angles with each other at tip. In order to excite two vibration modes, two Langevin-type vibrators must have 90-degree phase difference with each other. As a result, tip of transducers moves in elliptical motion. Elliptical trajectoric of transducer was analyzed by employing the finite element method. From these results, the ultrasonic motor was fabricated and was measured for characteristics. In this paper compared an ANSYS analysis with an experiment results. The no-road maximum speed was 113.1[cm/s].
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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1999.05a
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pp.669-672
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1999
In this paper, we studied the properties of small-size disk-type ultrasonic motor using travelling wave for the application to the precise control robotic joint motor and fabricated it. The diameter of the ultrasonic motor fabricated was 13mm. Also, the piezoelectric vibrator was constructed by piezoelectric ceramic and elastic material. The piezoelectric ceramic was composed to PZ-PT-PMN which was shown the high electromechanical stability under high vibration level and stainless steel was used as the elastic material in which configuration was disk-type. To conform the capability of application to robotic motor, we measured the change of rotational speed according to applied voltage and applied frequency. As the results, the small-size disk-type ultrasonic motor was able to fabricate, and the revolution speed was 350 (rpm) when input voltage was 55 (Vrms) and applied frequency 160.4 IkHz] under pre-load.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.16
no.8
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pp.669-675
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2003
Transducer for ultrasonic linear motor with symmetric and anti- symmetric modes was studied. The ultrasonic linear motor consists of two Langevin type piezoelectric vibrators that cross at right angles with each other in tip. In order to excite symmetric and anti-symmetric modes, the transducer must have a phase shift of 90 degree in space and time. As a result, the tip of transducer moves on an elliptical motion. In this paper, the finite element analysis was used to optimize dimension and displacement of the transducer.
An ultrasonic motor of high torque with a new configuration for application in automobiles is proposed. The newly designed stator is two sided vibrator consisting of a toothed metal disk with a piezoelectric ceramic ring bonded on both faces of the disk which generates a flexural traveling wave along the circumference of disk. In this configuration, the displacement on the surface of stator may not be confined. It also produces a large vibrating force and amplitude because the vibrator is sandwiched by two piezoelectric plates. It is possible to increase the torque by improving the vibration characteristics. To compute the vibration mode of the motor of diameter 48 mm, the finite element method was used. A 6th mode was chosen as the operation mode with a resonance frequency of about 64.4 kHz. According to this design and measured its performance, a prototype was fabricated. The performance measurement of the prototype motor showed that its stall torque was about 1.8 Nm and efficiency was 37 % at 60 % of the maximum torque.
Membrane distillation (MD) is a novel separation process that have drawn attention as an affordable alternative to conventional desalination processes. However, membrane fouling and pore wetting are issues to be addressed prior to widespread application of MD. In this study, the influence of ultrasonic irradiation on fouling and wetting of MD membranes was investigated for better understanding of the MD process. Experiments were carried out using a direct contact membrane distillation apparatus Colloidal silica was used as a model foulants in a synthetic seawater (35,000 mg/L NaCl solution). A vibrator was directed attached to membrane module to generate ultrasonic waves from 25 kHz (the highest energy) to 75 kHz (the lowest energy). Flux and TDS for the distillate water were continuously monitored. Results suggested that ultrasonic irradiation is effective to retard flux decline due to fouling only in the early stage of the MD operation. Moreover, wetting occurred by a long-term application of ultrasonic rradiation at 75 kHz. These results suggest that the conditions for ultrasonic irradiation should be carefully optimized to maximize fouling control and minimize pore wetting.
A stator of ultrasonic motor of high torque with a new configuration is proposed. The stator designed newly is two sided vibrator consisting of toothed metal disk with piezoelectric ceramic ring bonded on both face of disk. which generates a flexural traveling wave along the circumference of disk. it produces a large vibrating force and amplitude because the vibrator is sandwiched by two piezoelectric ring. The finite element method was used to compute the vibration mode of the stator with a outer diameter of 48mm. A 6th vibration mode was chosen as operation mode with resonance frequency about 72kHz. According to the design, the prototype stator was fabricated and its performance was measured.
In this paper, we propose the sound-mapping algorithm of the detected obstacle by ultrasonic sensors. We apply this algorithm to a Obstacle alarm for the visually impaired. In our system, we acquire obstacles information using ultrasonic sensors, and transform two-dimensional and distance information into sound-imaging information and vibrator with azimuth (direction) and distance. We implement this system with ultrasonic sensors to more effective expression of the obstacle information. The distance of an obstacle can be expressed by sound pressure level, and azimuth of the obstacles can be expressed by inter-aural time difference (ITD) and inter-aural level difference (ILD) that are two important cues in a binaural system. These are the principal cues for sound localization, to detect sound source. In this system, the obstacle is substituted with a sound source. The visually impaired receive sound information of obstacles by headphone.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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