本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，主要涉及曲柄滑塊領(lǐng)域，尤其涉及一種基于對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的振動(dòng)聲混合平臺(tái)。

背景技術(shù)：

混合是利用混合裝置使性質(zhì)或形態(tài)不同、呈分區(qū)狀態(tài)的物料達(dá)到隨機(jī)分布的均勻狀態(tài)，可以分為固-固混合、液-液混合、氣-液混合和固-液混合。

工業(yè)中常用的混合工藝有攪拌混合、捏合機(jī)混合、滾筒混合及超聲混合等。隨著化工材料的發(fā)展，特別是納米材料的應(yīng)用，現(xiàn)有混合工藝在混合均勻性上具有一定的局限性。由于納米材料的比表面積大，比表面能高，極易產(chǎn)生自發(fā)凝并、團(tuán)聚現(xiàn)象，而傳統(tǒng)葉片或螺桿元件式混合工藝的混合區(qū)域主要集中在混合元件的周圍，且混合尺度較大，無(wú)法將被包裹的納米材料顆粒均勻分散在被混物料體系中，導(dǎo)致混合難以實(shí)現(xiàn)混勻化。此外，傳統(tǒng)捏合機(jī)的鍋壁、鍋底等位置與捏合槳之間存在間隙和死角，發(fā)生固料的沉積，混合效率不高、效果不佳，特別是對(duì)于某些含量很少(0.1％)的功能組分，其會(huì)在固相體系間局部裹挾，很難實(shí)現(xiàn)均勻分散。

一種振動(dòng)聲混合技術(shù)，或者叫共振聲混合技術(shù)隨著化工材料的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生。其主要原理是使被混物料處于大加速度條件下，物料一方面在振動(dòng)的作用下發(fā)生質(zhì)量交換，同時(shí)由混合容器底部傳遞的振動(dòng)聲波在物料內(nèi)部發(fā)生傳播和衰減，進(jìn)行物料內(nèi)部的微觀質(zhì)量交換?；谡駝?dòng)聲的混合工藝具有混合無(wú)死角、無(wú)混合槳葉的介入、混合尺度小等優(yōu)勢(shì)而被廣泛研究。

產(chǎn)生振動(dòng)聲混合的重要條件是被混物料所受的大加速度。目前，常用來(lái)產(chǎn)生加速度的設(shè)備主要有偏心塊慣性激振器、電磁激振器、電機(jī)-彈簧激振器等。面對(duì)振動(dòng)聲混合技術(shù)的發(fā)展，提供更多種類振動(dòng)聲混合平臺(tái)對(duì)于該技術(shù)應(yīng)用于不同場(chǎng)合和工業(yè)化普及至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上背景中所述振動(dòng)聲混合的優(yōu)勢(shì)以及加速度對(duì)混合的關(guān)鍵作用，本發(fā)明的目的在于提供一種基于對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的振動(dòng)聲混合平臺(tái)，這種平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)被混物料在豎直方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)加速度呈正弦函數(shù)。該類平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、可靠性強(qiáng)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種基于對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的振動(dòng)聲混合平臺(tái)，包括：支架、電機(jī)、軸承、偏心盤(pán)、螺栓軸承、連桿、十字萬(wàn)向節(jié)、滑桿、直線導(dǎo)軌、物料平臺(tái)，所述軸承、偏心盤(pán)通過(guò)鍵槽連接在電機(jī)輸出軸上，其中軸承靠近電機(jī)一側(cè)，電機(jī)和軸承均固定在支架上；偏心盤(pán)的中孔連接于電機(jī)輸出軸，偏心盤(pán)的偏心孔通過(guò)螺栓軸承連接于連桿的一端；連桿的另一端通過(guò)十字萬(wàn)向節(jié)連接于滑桿的一端；滑桿的另一端通過(guò)螺紋孔連接物料平臺(tái)；滑桿穿過(guò)固定在支架上的直線導(dǎo)軌。

所述電機(jī)、軸承、偏心盤(pán)、螺栓軸承、連桿、十字萬(wàn)向節(jié)、滑桿、直線導(dǎo)軌共同組成一副振動(dòng)分支，整個(gè)振動(dòng)聲混合平臺(tái)包括中心對(duì)稱的2-6副振動(dòng)分支。

所有振動(dòng)分支的電機(jī)均通過(guò)各自的控制器連接到多軸運(yùn)動(dòng)控制器上，多軸運(yùn)動(dòng)控制器連接上位機(jī)，上位機(jī)中集成特定被混物料的混合工藝程序，該工藝程序?yàn)樽畲蠹铀俣萢_max和時(shí)間t的函數(shù)；通過(guò)偏心盤(pán)的偏心距離以及電機(jī)的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)混合工藝程序的連續(xù)化調(diào)節(jié)。

所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率為0Hz-200Hz，所述物料平臺(tái)振動(dòng)加速度為10g-200g，其中g(shù)為重力加速度。

所述偏心盤(pán)上可根據(jù)需要開(kāi)設(shè)能代表不同曲柄半徑的偏心孔。

所述物料平臺(tái)(10)與混合容器底部緊密貼合，在對(duì)應(yīng)混合量級(jí)和最大工作加速度a_max條件下物料平臺(tái)(10)與混合容器的最大分離距離不超過(guò)偏心盤(pán)(4)偏心半徑的0.5‰；所述物料平臺(tái)(10)可以根據(jù)具體混合物料進(jìn)行更換，所采用材質(zhì)及尺寸保證在對(duì)應(yīng)混合量級(jí)和最大工作加速度a_max條件下物料平臺(tái)(10)的最大形變位移不超過(guò)偏心盤(pán)(4)偏心半徑的5‰，以保證聲波產(chǎn)生的強(qiáng)度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：(1)提供了一種新型振動(dòng)聲混合平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)宏觀混合和聲波微觀混合的耦合，有利于納米材料、高粘態(tài)材料的均勻分散；(2)該平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、可靠性高，頻率和加速度的控制不受負(fù)載變化的影響；(3)能夠在緊湊結(jié)構(gòu)的條件下實(shí)現(xiàn)大加速度和大負(fù)載的兼顧，適合于形成產(chǎn)品。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的組裝結(jié)構(gòu)側(cè)示圖。

圖2為本發(fā)明的組裝結(jié)構(gòu)正示圖。

圖3為本發(fā)明的偏心盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明的物料平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明的控制系統(tǒng)連接示意圖。

圖中：1、支架，2、電機(jī)，3、軸承，4、偏心盤(pán)，5、螺栓軸承，6、連桿，7、十字萬(wàn)向節(jié)，8、滑桿，9、直線導(dǎo)軌，10、物料平臺(tái)，21、電機(jī)輸出軸，41、中孔，42、偏心孔，101、螺紋，102、凹槽，103、固定孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合發(fā)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1和圖2所示為一種基于對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的振動(dòng)聲混合平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)示意圖，包括支架1、電機(jī)2、軸承3、偏心盤(pán)4、螺栓軸承5、連桿6、十字萬(wàn)向節(jié)7、滑桿8、直線導(dǎo)軌9、物料平臺(tái)10，軸承3和偏心盤(pán)4通過(guò)鍵槽連接在電機(jī)輸出軸21上，其中軸承3靠近電機(jī)2一側(cè)，電機(jī)2和軸承)均固定在支架1上；偏心盤(pán)4的中孔41連接于電機(jī)輸出軸21，偏心盤(pán)4的偏心孔42通過(guò)螺栓軸承5連接于連桿6的一端；連桿6的另一端通過(guò)十字萬(wàn)向節(jié)7連接于滑桿8的一端；滑桿8的另一端通過(guò)螺紋孔101連接物料平臺(tái)10；滑桿8穿過(guò)固定在支架1上的直線導(dǎo)軌9。

電機(jī)2、軸承3、偏心盤(pán)4、螺栓軸承5、連桿6、十字萬(wàn)向節(jié)7、滑桿8、直線導(dǎo)軌9共同組成一副振動(dòng)分支，整個(gè)振動(dòng)聲混合平臺(tái)包括中心對(duì)稱的2-6副振動(dòng)分支。

所有振動(dòng)分支的電機(jī)2均通過(guò)各自的控制器連接到多軸運(yùn)動(dòng)控制器上，多軸運(yùn)動(dòng)控制器連接上位機(jī)，上位機(jī)中集成特定被混物料的混合工藝程序，該工藝程序?yàn)樽畲蠹铀俣萢_max和時(shí)間t的函數(shù)；通過(guò)偏心盤(pán)4的偏心距離以及電機(jī)2的轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)混合工藝程序的連續(xù)化調(diào)節(jié)。

電機(jī)2為整個(gè)平臺(tái)的動(dòng)力源，旋轉(zhuǎn)頻率為0Hz-200Hz，物料平臺(tái)10在電機(jī)2驅(qū)動(dòng)下可實(shí)現(xiàn)的振動(dòng)加速度為10g-200g，其中g(shù)為重力加速度。

圖3所示為偏心盤(pán)4的結(jié)構(gòu)示意圖，偏心盤(pán)4上可開(kāi)設(shè)多個(gè)不同偏心孔，用以提供不同曲柄半徑，使電機(jī)2轉(zhuǎn)速在0Hz-200Hz之間調(diào)節(jié)時(shí)，使物料平臺(tái)10的最大加速度在10g-200g范圍內(nèi)變動(dòng)。

圖4所示物料平臺(tái)10的結(jié)構(gòu)示意圖，物料平臺(tái)10的正中心設(shè)置與所加載混合容器底面尺寸相同的凹槽102，并設(shè)置用于固定混合容器的固定孔103。物料平臺(tái)10的尺寸和結(jié)構(gòu)形式不局限于此，重要的是使物料平臺(tái)10和混合容器底部緊密貼合，在對(duì)應(yīng)混合量級(jí)和最大工作加速度a_max條件下物料平臺(tái)10與混合容器的最大分離距離不超過(guò)偏心盤(pán)4偏心半徑的0.5‰，最大程度保證被混物料能夠得到所輸出的混合工藝參數(shù)。

物料平臺(tái)10可以根據(jù)具體混合物料進(jìn)行更換，所采用材質(zhì)及尺寸保證在對(duì)應(yīng)混合量級(jí)和最大工作加速度a_max條件下物料平臺(tái)10的最大形變位移不超過(guò)偏心盤(pán)4偏心半徑的5‰，以保證聲波產(chǎn)生的強(qiáng)度。振動(dòng)聲混合平臺(tái)混合過(guò)程中的微混合作用主要是由物料平臺(tái)10產(chǎn)生的振動(dòng)機(jī)械波(這里稱為聲波)在物料內(nèi)部的傳播衰減產(chǎn)生的，因此，聲波產(chǎn)生的強(qiáng)度是微混合效果的關(guān)鍵影響因素。通過(guò)提高物料平臺(tái)10的剛度，使電機(jī)2的驅(qū)動(dòng)力最大化轉(zhuǎn)變成為物料平臺(tái)10的振動(dòng)力，有助于保證聲波的強(qiáng)度。

圖5為本發(fā)明控制系統(tǒng)連接示意圖，圖5中的電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)。對(duì)于控制精度要求較低的場(chǎng)合，可以使用步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)上位機(jī)的混合程序發(fā)出控制指令的模擬信號(hào)，通過(guò)多軸運(yùn)動(dòng)控制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)所需的加速度要求。由于步進(jìn)電機(jī)為開(kāi)環(huán)控制，工作過(guò)程中可能出現(xiàn)丟頻現(xiàn)象，造成不同電機(jī)2之間產(chǎn)生相位差，造成平臺(tái)的傾斜。因此，對(duì)于精度要求較高的控制場(chǎng)所，采用具有閉環(huán)控制功能的伺服電機(jī)。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，需要說(shuō)明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實(shí)施例，凡在本申請(qǐng)技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的同等變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

本實(shí)施例設(shè)計(jì)負(fù)載m為50kg，最大加速度a_max為200g，平臺(tái)振動(dòng)頻率f為100Hz,曲柄角頻率為ω＝2πf＝628rad/s，連桿比λ為0.1。將a_max、ω、λ代入公式a_max＝Rω²(λ+1)求得曲柄半徑R為4.6mm；進(jìn)而求得連桿長(zhǎng)度L＝R/λ＝46mm。電機(jī)均勻帶有水冷的伺服電機(jī)，選擇電機(jī)數(shù)量N＝6個(gè)，通過(guò)數(shù)值求解求得最大扭矩M_max＝224Nm，進(jìn)而求得每臺(tái)電機(jī)所需提供最大扭矩為37Nm。

實(shí)施例2

本實(shí)施例設(shè)計(jì)負(fù)載m為50kg，最大加速度a_max為200g，平臺(tái)振動(dòng)頻率f為200Hz,曲柄角頻率為ω＝2πf＝1256rad/s，連桿比λ為0.1。將a_max、ω、λ代入公式a_max＝Rω²(λ+1)求得曲柄半徑R為1.2mm；進(jìn)而求得連桿長(zhǎng)度L＝R/λ＝12mm。電機(jī)均勻帶有水冷的伺服電機(jī)，選擇電機(jī)數(shù)量N＝2個(gè)，通過(guò)數(shù)值求解求得最大扭矩M_max＝62Nm，進(jìn)而求得每臺(tái)電機(jī)所需提供最大扭矩為31Nm。

實(shí)施例3

本實(shí)施例設(shè)計(jì)負(fù)載m為10kg，最大加速度a_max為100g，平臺(tái)振動(dòng)頻率f為20Hz,曲柄角頻率為ω＝2πf＝125.6rad/s，連桿比λ為0.6。將a_max、ω、λ代入公式a_max＝Rω²(λ+1)求得曲柄半徑R為40mm；進(jìn)而求得連桿長(zhǎng)度L＝R/λ＝66mm。電機(jī)均勻帶有水冷的伺服電機(jī)，選擇電機(jī)數(shù)量N＝4個(gè)，通過(guò)數(shù)值求解求得最大扭矩M_max＝230Nm，進(jìn)而求得每臺(tái)電機(jī)所需提供最大扭矩為58Nm。

實(shí)施例4

本實(shí)施例設(shè)計(jì)負(fù)載m為10kg，最大加速度a_max為10g，平臺(tái)振動(dòng)頻率f為5Hz,曲柄角頻率為ω＝2πf＝31.4/s，連桿比λ為0.3。將a_max、ω、λ代入公式a_max＝Rω²(λ+1)求得曲柄半徑R為78mm；進(jìn)而求得連桿長(zhǎng)度L＝R/λ＝260mm。電機(jī)均勻帶有水冷的伺服電機(jī)，選擇電機(jī)數(shù)量N＝3個(gè)，通過(guò)數(shù)值求解求得最大扭矩M_max＝45Nm，進(jìn)而求得每臺(tái)電機(jī)所需提供最大扭矩為15Nm。