一種單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置，主要用于條狀物料的準(zhǔn)確精密輸送，本發(fā)明采用多個振子作為激振體，每個振子包括超聲振動換能器、橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器和設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器前端的摩擦驅(qū)動塊；所述的超聲振動換能器包括螺栓及依次套設(shè)在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯(lián)接壓緊；橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器設(shè)置在超聲振動換能器的前端，為直梁和斜梁的復(fù)合結(jié)構(gòu)，該橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器可以將超聲振動換能器產(chǎn)生的縱向超聲振動轉(zhuǎn)換為橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端和摩擦驅(qū)動塊的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，當(dāng)多個振子同時進(jìn)行工作時，驅(qū)動條狀物料進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動。
【專利說明】
一種單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)的振動精密輸送領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用單激勵超聲橢圓振動進(jìn)行驅(qū)動的多振子物料輸送裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)藥、化工、食品、機(jī)械、材料制備等自動化生產(chǎn)加工及裝配等領(lǐng)域，物料及零部件的傳輸和裝配，一直采用傳統(tǒng)的低頻高幅電磁振動傳輸裝置，這種裝置工作時噪音較多，配送精度低，不易于實現(xiàn)精密閉環(huán)控制，功率體積小，這些問題一直制約著精密傳輸系統(tǒng)整體性能的提聞。
[0003]20世紀(jì)80年代以來迅速發(fā)展和應(yīng)用的超聲壓電驅(qū)動為精密傳輸系統(tǒng)提供了機(jī)遇，它通過定子和動子之間的摩擦作用，把彈性體的微幅振動轉(zhuǎn)換成動子的宏觀直線(旋轉(zhuǎn))運(yùn)動，直接推動負(fù)載。因其具有體積小、重量輕、低速大扭矩、噪聲小、響應(yīng)快、定位精度高、無電磁干擾和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)療、航空航天、機(jī)器人、MEMS等【技術(shù)領(lǐng)域】得到了日益廣泛的應(yīng)用。
[0004]但是現(xiàn)有的行波超聲輸送裝置存在著行波衰減較大、長距離輸送受到限制難以實現(xiàn)、物料在輸送長度上分配不均勻、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輸出功率小、制造困難、對制造裝配要求較高、成本較高和壽命短等不足。這些問題制約了它們在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種新型的單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置，目的是為了克服現(xiàn)有物料精密輸送裝置中存在的不足，簡化振動精密輸送裝置結(jié)構(gòu)，降低制造難度、減少成本、提高使用壽命和提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性。
[0006]一種單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置，其采用多個振子作為激振體，每個振子包括超聲振動換能器、橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器和摩擦驅(qū)動塊；所述的超聲振動換能器整體呈圓柱體，其包括螺栓及依次套設(shè)在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板上設(shè)置有可與其它結(jié)構(gòu)裝置聯(lián)接用的法蘭盤，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯(lián)接壓緊；構(gòu)成了單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置的能量轉(zhuǎn)換部分，將超聲電源輸出的超聲電能轉(zhuǎn)換為超聲換能器的超聲振動能量。
[0007]所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器和前蓋板制作成一個整體設(shè)置在前蓋板的前端，或者將橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器焊接設(shè)置在前蓋板的前端。橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器包括直梁和斜梁構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，直梁和斜梁垂直于其中心軸線的截面均為矩形，直梁的中心軸線和超聲振動換能器的中心軸線重合，直梁的一端與超聲換能器的前蓋板聯(lián)接，另一端懸伸；斜梁的一端和超聲換能器的前蓋板偏離中心軸線的一側(cè)聯(lián)接，另一端和直梁的中間部位聯(lián)接，斜梁的中心軸線和直梁的中心軸線成0-90度夾角，直梁和斜梁與超聲換能器前蓋板的聯(lián)接處均為圓弧過渡聯(lián)接。
[0008]橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器設(shè)置在超聲振動換能器前端后構(gòu)成的組合件稱為單激勵超聲橢圓振動換能器，橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器為直梁和斜梁復(fù)合結(jié)構(gòu)的目的是為了改變單激勵超聲橢圓振動換能器的振動模態(tài)，使其縱向振動模態(tài)頻率和彎曲振動模態(tài)頻率接近或相等；由于斜梁結(jié)構(gòu)的存在，超聲振動換能器產(chǎn)生的縱向超聲振動在傳遞到斜梁后，在斜梁根部分解為一部分縱向振動分量和一部分彎曲振動分量，當(dāng)斜梁分解的縱向振動分量和彎曲振動分量傳遞到直梁后，和直梁上傳播的縱向振動相復(fù)合，最終在直梁末端形成具有一定相位差的縱向振動分量和彎曲振動分量復(fù)合的超聲橢圓振動。
[0009]所述的摩擦驅(qū)動塊通過焊接、粘接或螺釘聯(lián)接方式設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端，摩擦驅(qū)動塊與條狀物料相接觸，條狀物料的長度應(yīng)大于2倍的兩個摩擦驅(qū)動塊的間距，即所述振子沿物料輸送方向設(shè)置的間距小于所輸送物料長度的一半。超聲振動換能器的法蘭盤用來安裝振子和預(yù)壓力裝置，將多個振子連接成一整體構(gòu)成單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置，經(jīng)法蘭盤和支架固定后的超聲振動換能器軸線與水平面之間的夾角為O度?90度。
[0010]所述的振子沿物料輸送的方向等間距設(shè)置，其路徑為直線路徑或曲線路徑；所述的振子沿物料輸送的方向單列設(shè)置或多列并行設(shè)置。
[0011]當(dāng)超聲電源輸出的超聲電信號接入到超聲振動換能器的電極片后，超聲振動換能器即產(chǎn)生超聲振動，超聲振動能量從超聲振動換能器傳遞到橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端后，轉(zhuǎn)換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復(fù)合的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，并驅(qū)動摩擦驅(qū)動塊和橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端一起做超聲橢圓振動，進(jìn)而驅(qū)動條狀物料進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動。相比現(xiàn)有文獻(xiàn)介紹的物料輸送裝置，該單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置具有功率容量大、能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單，制造容易、成本低、結(jié)構(gòu)剛度大、控制驅(qū)動系統(tǒng)簡單和振動性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
[0012]更進(jìn)一步，所述的單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置的每個振子均只有一組縱向振動壓電陶瓷片。
[0013]更進(jìn)一步，所述的單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置的多個振子只需一路超聲電信號激勵。
[0014]本發(fā)明采用了機(jī)械振動模態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)理把超聲振動換能器的縱向振動轉(zhuǎn)換分解為直梁的縱向振動、斜梁的縱向振動和彎曲振動分量，最終在直梁末端合成為縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，簡化了單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置的整體結(jié)構(gòu)，大大降低了振動系統(tǒng)的復(fù)雜程度，降低了制造、裝配難度和生產(chǎn)成本，整個單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，有利于微型化目標(biāo)的實現(xiàn)；另外該發(fā)明僅需要一路控制電路及超聲電信號進(jìn)行激勵，控制難度低，避免了兩相或多相超聲振動復(fù)合形成橢圓振動換能器的復(fù)雜超聲電源開發(fā)費(fèi)用，簡化了控制電路及超聲電源結(jié)構(gòu)，降低了控制電路及超聲電源成本，減小了控制電路及超聲電源體積，易于實現(xiàn)控制電路及超聲電源的微型化，集成化，提高了可靠性，工作性能更加穩(wěn)定，應(yīng)用前景廣闊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明中單激勵超聲橢圓振動換能器的主視圖。
[0017]圖3是本發(fā)明中單激勵超聲橢圓振動換能器的左視圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的應(yīng)用實例示意圖。
[0019]圖中標(biāo)號說明:1.螺栓，2.后蓋板，3.壓電陶瓷片，4.電極片，5.前蓋板，6.法蘭盤，7.橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器，8.摩擦驅(qū)動塊，9.條狀物料，10.超聲電源。

【具體實施方式】
[0020]結(jié)合圖1、2、3所示，一種單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置，其采用5個振子作為激振體，5個振子成直線排列等間距設(shè)置，每個振子包括超聲振動換能器、橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7和摩擦驅(qū)動塊8 ;超聲振動換能器整體呈圓柱體，其包括螺栓I及依次套設(shè)在螺栓I上的后蓋板2、壓電陶瓷片3、電極片4和前蓋板5,前蓋板5上設(shè)置有可與其它結(jié)構(gòu)裝置聯(lián)接用的法蘭盤6，后蓋板2和前蓋板5通過螺栓I將后蓋板2、壓電陶瓷片3、電極片4和前蓋板5聯(lián)接壓緊，構(gòu)成了單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置的能量轉(zhuǎn)換部分，將超聲電源10輸出的超聲電能轉(zhuǎn)換為超聲振動換能器的超聲振動能量。該單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置的每個振子只有一組縱向振動壓電陶瓷片3，換能器壓電陶瓷段直徑30mm，壓電陶瓷片3的材料為PZT-8，尺寸為' Φ30mmX Φ15mmX5mm，艮電觀齡3的片數(shù)為2。
[0021]橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7和前蓋板5制作成一個整體零件設(shè)置在前蓋板5的前端，橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7包括直梁和斜梁構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，直梁和斜梁垂直于其中心軸線的截面均為矩形，直梁的中心軸線和超聲振動換能器的中心軸線重合，直梁的一端與超聲換能器的前蓋板5聯(lián)接,另一端懸伸,截面邊長為12X12mm,長72_ ;斜梁的一端和超聲換能器的前蓋板5偏離中心軸線的一側(cè)聯(lián)接，斜梁中心軸線和前蓋板5的聯(lián)接處距離前蓋板5的中心軸線距離為25mm，另一端和直梁的中間部位聯(lián)接，截面邊長為12X12mm。斜梁的中心軸線和直梁的中心軸線成30夾角，直梁和斜梁與超聲換能器前蓋板5的聯(lián)接處均為圓弧過渡聯(lián)接，過渡圓弧半徑為5mm。
[0022]摩擦驅(qū)動塊8通過粘接設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7的前端，摩擦驅(qū)動塊8與條狀物料9相接觸，兩個摩擦驅(qū)動塊8的間距為40mm。條狀物料9的長度為90mm，利用超聲振動換能器的法蘭盤6進(jìn)行安裝和預(yù)壓力裝置，將多個振子連接成一整體構(gòu)成單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置，經(jīng)法蘭盤6和支架固定后的超聲振動換能器軸線與水平面之間的夾角為75度。
[0023]單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置每個振子的固有頻率均為19.84KHz,阻抗為7(Γ80歐姆，動態(tài)電阻為1Γ25歐姆，該輸送裝置只需一路超聲電信號激勵，超聲電源10輸出電壓范圍為0-400V，電流范圍為0-4Α，輸出頻率為19.84±0.0lKHz，且超聲電源10在指定頻率范圍內(nèi)具有自動頻率跟蹤功能。
[0024]結(jié)合圖4所示，當(dāng)超聲電源10輸出的超聲電信號接入到超聲振動換能器的電極片4后,超聲振動換能器即產(chǎn)生超聲振動,超聲振動能量從超聲振動換能器傳遞到橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端后，轉(zhuǎn)換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復(fù)合的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動；并驅(qū)動摩擦驅(qū)動塊8和橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端一起做超聲橢圓振動。運(yùn)行10分鐘后系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定振動狀態(tài)，超聲電源10的輸出電壓為220V，電流為11.8A，當(dāng)摩擦驅(qū)動塊8和條狀物料9接觸后，驅(qū)動條狀物料9進(jìn)行連續(xù)直線運(yùn)動，條狀物料9的速度峰值為24.3mm/s。
【權(quán)利要求】
1.一種單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置，其特征在于:單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置采用多個振子作為激振體，每個振子包括超聲振動換能器、橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器和摩擦驅(qū)動塊；所述的超聲振動換能器整體呈圓柱體，其包括螺栓及依次套設(shè)在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板上設(shè)置有可與其它結(jié)構(gòu)裝置聯(lián)接用的法蘭盤，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯(lián)接壓緊；所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器設(shè)置在前蓋板的前端，所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器包括直梁和斜梁構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，直梁和斜梁垂直于其中心軸線的截面均為矩形，直梁的中心軸線和超聲振動換能器的中心軸線重合，直梁的一端與超聲換能器的前蓋板聯(lián)接，另一端懸伸；斜梁的一端和超聲換能器的前蓋板偏離中心軸線的一側(cè)聯(lián)接，另一端和直梁的中間部位聯(lián)接，斜梁的中心軸線和直梁的中心軸線成0-90度夾角，直梁和斜梁與超聲換能器前蓋板的聯(lián)接處均為圓弧過渡聯(lián)接；所述的摩擦驅(qū)動塊設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端；經(jīng)法蘭盤和支架固定后的超聲振動換能器軸線與水平面之間的夾角為(Γ90度；所述的振子沿物料輸送的方向等間距設(shè)置，其路徑為直線路徑或曲線路徑，所述的振子沿物料輸送的方向單列設(shè)置或多列并行設(shè)置，所述的振子沿物料輸送方向設(shè)置的間距小于所輸送物料長度的一半。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置，其特征在于:所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器和前蓋板制作成一個整體設(shè)置在前蓋板的前端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置，其特征在于:所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器焊接設(shè)置在前蓋板的前端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置，其特征在于:所述的摩擦驅(qū)動塊通過焊接設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置，其特征在于:所述的摩擦驅(qū)動塊通過粘接設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的單激勵超聲橢圓振動多振子物料輸送裝置，其特征在于:還包括一個聯(lián)接螺釘，用于將摩擦驅(qū)動塊聯(lián)接在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端。
【文檔編號】B65G27/24GK104410321SQ201410740447
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】吳永芝, 殷振, 李艷, 劉義生 申請人:蘇州科技學(xué)院