專利名稱:一種單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，動子包括傳輸帶、帶輪和設(shè)置在帶輪側(cè)面的摩擦層；定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，所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器整體為圓柱形，左右兩側(cè)開設(shè)有三個錯位分布的矩形缺口，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，并驅(qū)動帶輪進(jìn)行連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)而驅(qū)動傳輸帶運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)粉末或塊狀物料的精密輸送。
【專利說明】一種單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置

【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)的振動精密輸送領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用單電信號激勵產(chǎn)生超聲橢圓振動進(jìn)行驅(qū)動的精密輸送裝置。

【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(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(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]本實(shí)用新型提供了一種新型的單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，目的是為了克服上述物料精密輸送中存在的不足，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]一種單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，包括定子和動子，所述的動子包括動子包括傳輸帶、帶輪和設(shè)置在帶輪側(cè)面的摩擦層；所述的定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)成了單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置的能量轉(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)換器與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，或者將橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器通過螺釘聯(lián)接設(shè)置在前蓋板的前端，所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器整體為圓柱形，左右兩側(cè)開設(shè)有三個錯位分布的矩形缺口 ；在橢圓振動模態(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)成的組合件稱為單電信號激勵超聲橢圓振動換能器，在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器左右兩側(cè)開設(shè)矩形缺口的目的是為了改變單電信號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。
[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)動塊與帶輪側(cè)面設(shè)置的摩擦層相切并接觸；超聲振動換能器的法蘭盤用來安裝定子和預(yù)壓力裝置，將定子和動子連接成一整體構(gòu)成單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，經(jīng)法蘭盤和支架固定后的超聲振動換能器軸線與帶輪平面成20度~160度的夾角。
[0010]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，摩擦驅(qū)動塊和轉(zhuǎn)盤相接觸后驅(qū)動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，進(jìn)而驅(qū)動皮帶和和物料進(jìn)行精確運(yùn)動。相比現(xiàn)有文獻(xiàn)介紹的精密輸送裝置，該單電信號激勵超聲橢圓振動精密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)。
[0011]更進(jìn)一步，所述的單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置只有一組縱向振動壓電陶瓷片。
[0012]更進(jìn)一步，所述的單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置只需一路超聲電信號激勵。
[0013]本實(shí)用新型采用了機(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)換為橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端和振動頭的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，簡化了單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置的整體結(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，整個單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置結(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(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】

[0014]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本實(shí)用新型中單電信號激勵超聲橢圓振動換能器的主視圖。
[0016]圖3是本實(shí)用新型中單電信號激勵超聲橢圓振動換能器的左視圖。
[0017]圖4是本實(shí)用新型的應(yīng)用實(shí)例示意圖。
[0018]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.傳輸帶，9.摩擦層，10.摩擦驅(qū)動塊，11.帶輪，12.超聲電源，13.矩形缺口。

【具體實(shí)施方式】
[0019]結(jié)合圖1、2所示，一種單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，包括定子和動子，動子包括傳輸帶8、帶輪11和設(shè)置在帶輪11表面的摩擦層9 ;定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10 ;超聲振動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)成了單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置的能量轉(zhuǎn)換部分，將超聲電源12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。該單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置只有一組縱向振動壓電陶瓷片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,長輸、備片3的片數(shù)為2。
[0020]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，在橢圓振動模態(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。，過渡圓弧半徑為5mm,橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7整體為圓柱形，左右兩側(cè)開設(shè)有三個錯位分布的矩形缺口 13，三個矩形缺口 13寬度為6mm，深度為3mm，三個矩形缺口 13的中心距前端面的距離分別為15mm，25mm，35mm0
[0021]摩擦驅(qū)動塊10通過粘接設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7的前端，與帶輪11表面設(shè)置的摩擦層9相切并接觸；利用超聲振動換能器的法蘭盤6進(jìn)行安裝定子和預(yù)壓力裝置，將定子和動子連接成一整體構(gòu)成單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，經(jīng)法蘭盤6和支架固定后的超聲振動換能器軸線與帶輪11平面成45度的夾角。
[0022]單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置定子固有頻率為19.84KHz，阻抗為76歐姆，動態(tài)電阻為16歐姆，只需一路超聲電信號激勵，超聲電源12輸出電壓范圍為0-400V，電流范圍為0-4A，輸出頻率為19.84 ± 0.0IKHz，且超聲電源12在指定頻率范圍內(nèi)具有自動頻率跟蹤功能。
[0023]當(dāng)超聲電源12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10和橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器7末端一起做超聲橢圓振動。當(dāng)摩擦驅(qū)動塊10和設(shè)置在帶輪11表面的摩擦層9接觸后，驅(qū)動帶輪11進(jìn)行連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并驅(qū)動皮帶運(yùn)動，進(jìn)而驅(qū)動所需輸送的物料運(yùn)動。系統(tǒng)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12的輸出電壓為220V，電流為1.35A，帶輪11直徑為40mm，皮帶運(yùn)動速度峰值為56.3mm/s。
【權(quán)利要求】
1.一種單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，包括動子和定子，其特征在于:動子包括傳輸帶、帶輪和設(shè)置在帶輪側(cè)面的摩擦層；定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)換器整體為圓柱形，左右兩側(cè)開設(shè)有三個錯位分布的矩形缺口，在橢圓振動模態(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??；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，摩擦驅(qū)動塊與帶輪側(cè)面設(shè)置的摩擦層相切并接觸；經(jīng)法蘭盤和支架固定后的超聲振動換能器軸線與帶輪平面成20度~160度的夾角。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，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所述的單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，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所述的單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，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所述的單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，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所述的單電信號激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，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】H02N2-00GK204271935SQ201420763732
【發(fā)明者】錢蜜, 殷振, 汪幫富, 李艷, 王中旺, 楊鑫銘, 殷明海, 郉丁耒, 徐帖, 吳雷 [申請人]蘇州科技學(xué)院