一種單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)精密輸送裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)精密輸送裝置，動(dòng)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(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，為直梁和斜梁的復(fù)合結(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)，并驅(qū)動(dòng)帶輪進(jìn)行連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)傳輸帶運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)粉末或塊狀物料的精密輸送。
【專利說明】
一種單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)精密輸送裝置

【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(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(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(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]本發(fā)明提供了一種新型的單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)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(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]一種單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)精密輸送裝置，包括定子和動(dòng)子，所述的動(dòng)子包括動(dòng)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(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(lì)超聲橢圓振動(dòng)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(dòng)能量。
[0007]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，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。橢圓振動(dòng)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(dòng)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(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，橢圓振動(dòng)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(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；由于斜梁結(jié)構(gòu)的存在，超聲振動(dòng)換能器產(chǎn)生的縱向超聲振動(dòng)在傳遞到斜梁后，在斜梁根部分解為一部分縱向振動(dòng)分量和一部分彎曲振動(dòng)分量，當(dāng)斜梁分解的縱向振動(dòng)分量和彎曲振動(dòng)分量傳遞到直梁后，和直梁上傳播的縱向振動(dòng)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(dòng)分量和彎曲振動(dòng)分量復(fù)合的超聲橢圓振動(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)塊與帶輪側(cè)面設(shè)置的摩擦層相切并接觸；超聲振動(dòng)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(dòng)子連接成一整體構(gòu)成單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)精密輸送裝置，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(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)，摩擦驅(qū)動(dòng)塊和轉(zhuǎn)盤相接觸后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)皮帶和和物料進(jìn)行精確運(yùn)動(dòng)。相比現(xiàn)有文獻(xiàn)介紹的精密輸送裝置，該單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)簡單和振動(dòng)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
[0011]更進(jìn)一步，所述的單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)精密輸送裝置只有一組縱向振動(dòng)壓電陶瓷片。
[0012]更進(jìn)一步，所述的單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)精密輸送裝置只需一路超聲電信號(hào)激勵(lì)。
[0013]本發(fā)明采用了機(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)換分解為直梁的縱向振動(dòng)、斜梁的縱向振動(dòng)和彎曲振動(dòng)分量，最終在直梁末端合成為縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)，簡化了單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)精密輸送裝置的整體結(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)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)；另外該發(fā)明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。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明中單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)換能器的主視圖。
[0016]圖3是本發(fā)明中單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)換能器的左視圖。
[0017]圖4是本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例示意圖。
[0018]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.傳輸帶，9.摩擦層，10.摩擦驅(qū)動(dòng)塊，11.帶輪，12.超聲電源。

【具體實(shí)施方式】
[0019]結(jié)合圖1、2、3所示，一種單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)精密輸送裝置，包括定子和動(dòng)子，動(dòng)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(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10 ;超聲振動(dòng)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(lì)超聲橢圓振動(dòng)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(dòng)換能器的超聲振動(dòng)能量。該單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)精密輸送裝置只有一組縱向振動(dòng)壓電陶瓷片3，壓電陶瓷換能器段直徑30_，壓電陶瓷片3的材料為PZT-8，尺寸為' Φ30mmX Φ15mmX5mm，佐電暫備片3的片數(shù)為2。
[0020]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(dòng)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。
[0021]摩擦驅(qū)動(dòng)塊10通過粘接設(shè)置在橢圓振動(dòng)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(dòng)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(dòng)子連接成一整體構(gòu)成單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)精密輸送裝置，經(jīng)法蘭盤6和支架固定后的超聲振動(dòng)換能器軸線與帶輪11平面成45度的夾角。
[0022]單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)精密輸送裝置定子固有頻率為19.84KHz,阻抗為76歐姆，動(dòng)態(tài)電阻為16歐姆，只需一路超聲電信號(hào)激勵(lì)，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 ± 0.0 IKHz，且超聲電源12在指定頻率范圍內(nèi)具有自動(dòng)頻率跟蹤功能。
[0023]結(jié)合圖4所示，當(dāng)超聲電源12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10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)。當(dāng)摩擦驅(qū)動(dòng)塊10和設(shè)置在帶輪11表面的摩擦層9接觸后，驅(qū)動(dòng)帶輪11進(jìn)行連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)皮帶運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)所需輸送的物料運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)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(dòng)速度峰值為56.3mm/s。
【權(quán)利要求】
1.一種單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)精密輸送裝置，包括動(dòng)子和定子，其特征在于:動(dòng)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(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(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(dòng)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(dòng)塊設(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(dòng)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所述的單激勵(lì)超聲橢圓振動(dòng)精密輸送裝置，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)精密輸送裝置，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)精密輸送裝置，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)精密輸送裝置，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)精密輸送裝置，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)】H02N2/02GK104362892SQ201410740225
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】汪幫富, 殷振, 李艷, 宋娟 申請(qǐng)人:蘇州科技學(xué)院