專利名稱:單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置，主要用于條狀物料的準(zhǔn)確精密輸送，本實(shí)用新型采用多個(gè)振子作為激振體，多個(gè)振子分為兩組，兩組振子交替相向排列，每個(gè)振子包括超聲振動(dòng)換能器、橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器和設(shè)置在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器前端的摩擦驅(qū)動(dòng)塊；所述的超聲振動(dòng)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(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器設(shè)置在超聲振動(dòng)換能器的前端，為斜楔形結(jié)構(gòu)，該橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器可以將超聲振動(dòng)換能器產(chǎn)生的縱向超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換為橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端和摩擦驅(qū)動(dòng)塊的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)，當(dāng)兩組不同的振子分別進(jìn)行工作時(shí)，相應(yīng)的兩組摩擦驅(qū)動(dòng)塊分別驅(qū)動(dòng)條狀物料進(jìn)行雙向連續(xù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)條狀物料的雙向精密輸送。
【專利說明】單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及利用壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)的振動(dòng)精密輸送領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的多振子物料雙向輸送裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)藥、化工、食品、機(jī)械、材料制備等自動(dòng)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(dòng)傳輸裝置，這種裝置工作時(shí)噪音較多，配送精度低，不易于實(shí)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)整體性能的提尚。
[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(dòng)為精密傳輸系統(tǒng)提供了機(jī)遇，它通過定子和動(dòng)子之間的摩擦作用，把彈性體的微幅振動(dòng)轉(zhuǎn)換成動(dòng)子的宏觀直線(旋轉(zhuǎn))運(yùn)動(dòng)，直接推動(dòng)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(shí)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(duì)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?cè)诠I(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型提供了一種新型的單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置，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(dòng)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]單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置，其采用多個(gè)振子作為激振體，多個(gè)振子分為兩組，兩組振子交替相向排列，每個(gè)振子包括超聲振動(dòng)換能器、橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器和摩擦驅(qū)動(dòng)塊；所述的超聲振動(dòng)換能器外輪廓為圓柱形，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(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向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(dòng)能量。
[0007]所述的橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器與前蓋板制作成一個(gè)整體設(shè)置在前蓋板的前端，或者將橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器焊接設(shè)置在前蓋板的前端。所述的橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器為斜楔形結(jié)構(gòu)，斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器原整體為長方體，沿超聲振動(dòng)換能器軸線方向其一側(cè)被切割掉一部分后形成斜楔形結(jié)構(gòu)，形成斜楔形的兩個(gè)側(cè)面中，未被切割的一側(cè)面平行于超聲振動(dòng)換能器軸線，被切割過的另一側(cè)面與超聲振動(dòng)換能器軸線成3-30度夾角。在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器與超聲換能器前蓋板的聯(lián)接處設(shè)有過渡圓弧。
[0008]橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器設(shè)置在超聲振動(dòng)換能器前端后構(gòu)成的組合件稱為單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)換能器，使橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器成為斜楔形結(jié)構(gòu)的目的是為了改變單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)換能器的振動(dòng)模態(tài)，使其縱向振動(dòng)模態(tài)頻率和彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率接近或相等；由于斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器的存在，超聲振動(dòng)換能器產(chǎn)生的縱向超聲振動(dòng)在傳遞到斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器后，在斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器的末端分解為一部分縱向振動(dòng)分量和一部分彎曲振動(dòng)分量，且兩振動(dòng)分量具有一定的相位差，進(jìn)而在斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器的末端復(fù)合形成橢圓軌跡振動(dòng)。
[0009]所述的摩擦驅(qū)動(dòng)塊通過焊接、粘接或螺釘聯(lián)接方式設(shè)置在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端，摩擦驅(qū)動(dòng)塊與條狀物料相接觸，條狀物料的長度大于任意連續(xù)的3個(gè)摩擦驅(qū)動(dòng)塊之間的距離，即任意連續(xù)的3個(gè)振子沿物料輸送方向設(shè)置的距離小于所輸送物料長度。超聲振動(dòng)換能器的法蘭盤用來安裝振子和預(yù)壓力裝置，將多個(gè)振子連接成一整體構(gòu)成單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置，經(jīng)法蘭盤和支架固定后的超聲振動(dòng)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(hào)接入到超聲振動(dòng)換能器的電極片后，超聲振動(dòng)換能器即產(chǎn)生超聲振動(dòng)，超聲振動(dòng)能量從超聲振動(dòng)換能器傳遞到橢圓振動(dòng)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(dòng)和彎曲振動(dòng)復(fù)合的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)摩擦驅(qū)動(dòng)塊和橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端一起做超聲橢圓振動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)條狀物料進(jìn)行連續(xù)運(yùn)動(dòng)。
[0012]當(dāng)不同兩組的振子分別進(jìn)行工作時(shí)，相應(yīng)的兩組摩擦驅(qū)動(dòng)塊分別驅(qū)動(dòng)條狀物料進(jìn)行雙向連續(xù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)條狀物料的雙向精密輸送。相比現(xiàn)有文獻(xiàn)介紹的物料輸送裝置，該單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向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(dòng)系統(tǒng)簡單和振動(dòng)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
[0013]更進(jìn)一步，所述的單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置的每個(gè)振子均只有一組縱向振動(dòng)壓電陶瓷片。
[0014]更進(jìn)一步，所述的單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置的兩組振子只需一路超聲電信號(hào)激勵(lì)。
[0015]本實(shí)用新型采用了機(jī)械振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換機(jī)理把超聲振動(dòng)換能器的縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)換為橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端和振動(dòng)頭的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)，簡化了單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置的整體結(jié)構(gòu)，大大降低了振動(dòng)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(gè)單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置結(jié)構(gòu)簡單、制造容易，有利于微型化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；另外該實(shí)用新型僅需要一路控制電路及超聲電信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)，控制難度低，避免了兩相或多相超聲振動(dòng)復(fù)合形成橢圓振動(dòng)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(shí)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。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本實(shí)用新型中單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)換能器的主視圖。
[0018]圖3是本實(shí)用新型中單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)換能器的左視圖。
[0019]圖4是本實(shí)用新型的應(yīng)用實(shí)例示意圖。
[0020]圖中標(biāo)號(hào)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(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器，8.摩擦驅(qū)動(dòng)塊，9.條狀物料，10.超聲電源。
【具體實(shí)施方式】
[0021]結(jié)合圖1、2、3所示，單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置，其采用10個(gè)振子作為激振體，每5個(gè)振子分為一組，兩組振子交替相向沿輸送物料的方向單行成直線排列。每個(gè)振子包括超聲振動(dòng)換能器、橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器7和摩擦驅(qū)動(dòng)塊8 ;超聲振動(dòng)換能器外輪廓為圓柱形，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(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向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(dòng)換能器的超聲振動(dòng)能量。該單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置的每個(gè)振子只有一組縱向振動(dòng)壓電陶瓷片3，壓電陶瓷換能器段直徑30mm，壓電陶瓷片3的材料為PZT-8，尺寸為:Φ30wmX Φ15wmX5wm, 紗3的片數(shù)為2，
[0022]橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器7和前蓋板5制作成一個(gè)整體零件設(shè)置在前蓋板5的前端，橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器7整體為斜楔形結(jié)構(gòu)，斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器7原整體為長方體，截面邊長為15 X15mm，長40mm，沿超聲振動(dòng)換能器軸線方向其一側(cè)被切割掉一部分后形成斜楔形結(jié)構(gòu)，形成斜楔形的兩個(gè)側(cè)面中，未被切割的一側(cè)面平行于超聲振動(dòng)換能器軸線，被切割過的另一側(cè)面與超聲振動(dòng)換能器軸線成10度夾角。在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器7與超聲換能器前蓋板5的聯(lián)接處設(shè)有過渡圓弧，圓弧半徑為5mm。
[0023]摩擦驅(qū)動(dòng)塊8通過粘接設(shè)置在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器7的前端，摩擦驅(qū)動(dòng)塊8與條狀物料9相接觸，兩個(gè)摩擦驅(qū)動(dòng)塊8的間距為40mm。條狀物料9的長度為90mm，利用超聲振動(dòng)換能器的法蘭盤進(jìn)行安裝和預(yù)壓力裝置，將多個(gè)振子連接成一整體構(gòu)成單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置，經(jīng)法蘭盤和支架固定后的超聲振動(dòng)換能器軸線與水平面之間的夾角為75度。
[0024]單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置每個(gè)振子的固有頻率均為19.84KHz，阻抗為70~80歐姆，動(dòng)態(tài)電阻為14~25歐姆，該輸送裝置只需一路超聲電信號(hào)激勵(lì)，超聲電源10輸出電壓范圍為0-400V，電流范圍為0-4A，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(dòng)頻率跟蹤功能。
[0025]結(jié)合4所示，當(dāng)超聲電源輸出的超聲電信號(hào)接入到超聲振動(dòng)換能器的電極片4后，超聲振動(dòng)換能器即產(chǎn)生超聲振動(dòng)，超聲振動(dòng)能量從超聲振動(dòng)換能器傳遞到橢圓振動(dòng)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(dòng)和彎曲振動(dòng)復(fù)合的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)；并驅(qū)動(dòng)摩擦驅(qū)動(dòng)塊8和橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端一起做超聲橢圓振動(dòng)。運(yùn)行10分鐘后系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定振動(dòng)狀態(tài)，超聲電源10的輸出電壓為220V，電流為6.2k,當(dāng)摩擦驅(qū)動(dòng)塊8和條狀物料9接觸后，驅(qū)動(dòng)條狀物料9進(jìn)行連續(xù)直線運(yùn)動(dòng)，條狀物料9速度峰值為24.3mm/s?
[0026]當(dāng)需要物料向另一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)將該超聲電源10輸出的電信號(hào)接入到另外一組振子的電極片4即可，另一組振子連續(xù)運(yùn)行10分鐘后，超聲電源10輸出電壓為220V，電流為6.3A，條狀物料9速度峰值為25.2mm/s。
【權(quán)利要求】
1.單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置，其特征在于:單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置采用多個(gè)振子作為激振體，多個(gè)振子分為兩組，兩組振子交替相向排列，每個(gè)振子包括超聲振動(dòng)換能器、橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器和摩擦驅(qū)動(dòng)塊；所述的超聲振動(dòng)換能器外輪廓為圓柱形，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(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器設(shè)置在前蓋板的前端，所述的橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器為斜楔形結(jié)構(gòu)，斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器原整體為長方體，沿超聲振動(dòng)換能器軸線方向其一側(cè)被切割掉一部分后形成斜楔形結(jié)構(gòu)，形成斜楔形的兩個(gè)側(cè)面中，未被切割的一側(cè)面平行于超聲振動(dòng)換能器軸線，被切割過的另一側(cè)面與超聲振動(dòng)換能器軸線成3-30度夾角；在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器與超聲換能器前蓋板的聯(lián)接處設(shè)有過渡圓?。凰龅哪Σ硫?qū)動(dòng)塊設(shè)置在橢圓振動(dòng)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(dòng)換能器軸線與水平面之間的夾角為O度~90度，所述的振子沿物料輸送的方向設(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，任意連續(xù)的3個(gè)振子沿物料輸送方向設(shè)置的距離小于所輸送物料的長度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置，其特征在于:所述的橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器和前蓋板制作成一個(gè)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(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置，其特征在于:所述的橢圓振動(dòng)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(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置，其特征在于:所述的摩擦驅(qū)動(dòng)塊通過焊接設(shè)置在橢圓振動(dòng)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(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置，其特征在于:所述的摩擦驅(qū)動(dòng)塊通過粘接設(shè)置在橢圓振動(dòng)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(lì)超聲橢圓振動(dòng)多振子雙向物料輸送裝置，其特征在于:還包括一個(gè)聯(lián)接螺釘，用于將摩擦驅(qū)動(dòng)塊聯(lián)接在橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端。
【文檔編號(hào)】H02N2-00GK204271932SQ201420763605
【發(fā)明者】吳永芝, 殷振, 李艷, 劉義生 [申請(qǐng)人]蘇州科技學(xué)院