一種單激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種單激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，動子包括傳輸帶、帶輪和設置在帶輪側面的摩擦層；定子包括超聲振動換能器、橢圓振動模態轉換器和設置在橢圓振動模態轉換器前端的摩擦驅動塊；所述的超聲振動換能器包括螺栓及依次套設在螺栓上的后蓋板、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、電極片和前蓋板聯接壓緊；橢圓振動模態轉換器設置在超聲振動換能器的前端，為直梁和斜梁的復合結構，該橢圓振動模態轉換器可以將超聲振動換能器產生的縱向超聲振動轉換為橢圓振動模態轉換器末端和摩擦驅動塊的縱彎復合超聲橢圓振動，并驅動帶輪進行連續旋轉運動，進而驅動傳輸帶運動，實現粉末或塊狀物料的精密輸送。
【專利說明】
一種單激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及利用壓電陶瓷逆壓電效應的振動精密輸送領域，尤其是涉及一種利用單激勵超聲橢圓振動進行驅動的精密輸送裝置。
【背景技術】
[0002]在醫藥、化工、食品、機械、材料制備等自動化生產加工及裝配等領域，物料及零部件的傳輸和裝配，一直采用傳統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，不易于實現精密閉環控制，功率體積小，這些問題一直制約著精密傳輸系統整體性能的提聞。
[0003]20世紀80年代以來迅速發展和應用的超聲壓電驅動為精密傳輸系統提供了機遇，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換成動子的宏觀直線(旋轉)運動，直接推動負載。因其具有體積小、重量輕、低速大扭矩、噪聲小、響應快、定位精度高、無電磁干擾和環境適應性強等優點，在醫療、航空航天、機器人、MEMS等【技術領域】得到了日益廣泛的應用。
[0004]但是現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、物料在輸送長度上分配不均勻、結構復雜、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生產中的應用。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種新型的單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構，降低制造難度、減少成本、提高使用壽命和提高系統工作穩定性。
[0006]一種單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、帶輪和設置在帶輪側面的摩擦層；所述的定子包括超聲振動換能器、橢圓振動模態轉換器和摩擦驅動塊；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，前蓋板上設置有可與其它結構裝置聯接用的法蘭盤，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯接壓緊，構成了單激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置的能量轉換部分，將超聲電源輸出的超聲電能轉換為超聲換能器的超聲振動能量。
[0007]所述的橢圓振動模態轉換器和前蓋板制作成一個整體設置在前蓋板的前端，或者將橢圓振動模態轉換器焊接設置在前蓋板的前端。橢圓振動模態轉換器包括直梁和斜梁構成的復合結構，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聯接，另一端和直梁的中間部位聯接，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接處均為圓弧過渡聯接。
[0008]橢圓振動模態轉換器設置在超聲振動換能器前端后構成的組合件稱為單激勵超聲橢圓振動換能器，橢圓振動模態轉換器為直梁和斜梁復合結構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，使其縱向振動模態頻率和彎曲振動模態頻率接近或相等；由于斜梁結構的存在，超聲振動換能器產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合的超聲橢圓振動。
[0009]所述的摩擦驅動塊通過焊接、粘接或螺釘聯接方式設置在橢圓振動模態轉換器的前端，摩擦驅動塊與帶輪側面設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壓力裝置，將定子和動子連接成一整體構成單激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，經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轉換器末端后，轉換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復合的縱彎復合超聲橢圓振動，即轉換為橢圓振動模態轉換器末端的縱彎復合超聲橢圓振動，并驅動摩擦驅動塊和橢圓振動模態轉換器末端一起做超聲橢圓振動，摩擦驅動塊和轉盤相接觸后驅動轉盤轉動，進而驅動皮帶和和物料進行精確運動。相比現有文獻介紹的精密輸送裝置，該單激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置具有功率容量大、能量轉換效率高、結構簡單，制造容易、成本低、結構剛度大、控制驅動系統簡單和振動性能穩定等優點。
[0011]更進一步，所述的單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]更進一步，所述的單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]本發明采用了機械振動模態轉換機理把超聲振動換能器的縱向振動轉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合超聲橢圓振動，簡化了單激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置的整體結構，大大降低了振動系統的復雜程度，降低了制造、裝配難度和生產成本，整個單激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置結構簡單、制造容易，有利于微型化目標的實現；另外該發明僅需要一路控制電路及超聲電信號進行激勵，控制難度低，避免了兩相或多相超聲振動復合形成橢圓振動換能器的復雜超聲電源開發費用，簡化了控制電路及超聲電源結構，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，工作性能更加穩定，應用前景廣闊。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的結構示意圖。
[0015]圖2是本發明中單激勵超聲橢圓振動換能器的主視圖。
[0016]圖3是本發明中單激勵超聲橢圓振動換能器的左視圖。
[0017]圖4是本發明的應用實例示意圖。
[0018]圖中標號說明: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.橢圓振動模態轉換器，8.傳輸帶，9.摩擦層，10.摩擦驅動塊，11.帶輪，12.超聲電源。
【具體實施方式】
[0019]結合圖1、2、3所示，一種單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、橢圓振動模態轉換器7和摩擦驅動塊10 ;超聲振動換能器整體呈圓柱體，其包括螺栓I及依次套設在螺栓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上設置有可與其它結構裝置聯接用的法蘭盤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聯接壓緊，構成了單激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置的能量轉換部分，將超聲電源12輸出的超聲電能轉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的片數為2。
[0020]橢圓振動模態轉換器7和前蓋板5制作成一個整體零件設置在前蓋板5的前端，橢圓振動模態轉換器7包括直梁和斜梁構成的復合結構，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聯接，斜梁中心軸線和前蓋板5的聯接處距離前蓋板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的聯接處均為圓弧過渡聯接，過渡圓弧半徑為5mm。
[0021]摩擦驅動塊10通過粘接設置在橢圓振動模態轉換器7的前端，與帶輪11表面設置的摩擦層9相切并接觸；利用超聲振動換能器的法蘭盤6進行安裝定子和預壓力裝置，將定子和動子連接成一整體構成單激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，經法蘭盤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 ± 0.0 IKHz，且超聲電源12在指定頻率范圍內具有自動頻率跟蹤功能。
[0023]結合圖4所示，當超聲電源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轉換器7末端后，轉換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復合的縱彎復合超聲橢圓振動，即轉換為橢圓振動模態轉換器7末端的縱彎復合超聲橢圓振動；并驅動摩擦驅動塊10和橢圓振動模態轉換器7末端一起做超聲橢圓振動。當摩擦驅動塊10和設置在帶輪11表面的摩擦層9接觸后，驅動帶輪11進行連續旋轉運動，并驅動皮帶運動，進而驅動所需輸送的物料運動。系統運行10分鐘后系統達到穩定振動狀態，超聲電源12的輸出電壓為220V，電流為1.35A，帶輪11直徑為40mm，皮帶運動速度峰值為56.3mm/s。
【權利要求】
1.一種單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、帶輪和設置在帶輪側面的摩擦層；定子包括超聲振動換能器、橢圓振動模態轉換器和摩擦驅動塊；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，前蓋板上設置有可與其它結構裝置聯接用的法蘭盤，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯接壓緊；所述的橢圓振動模態轉換器設置在前蓋板的前端，所述的橢圓振動模態轉換器包括直梁和斜梁構成的復合結構，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聯接，另一端和直梁的中間部位聯接，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接處均為圓弧過渡聯接；所述的摩擦驅動塊設置在橢圓振動模態轉換器的前端，摩擦驅動塊與帶輪側面設置的摩擦層相切并接觸；經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.根據權利要求1所述的單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轉換器和前蓋板制作成一個整體設置在前蓋板的前端。
3.根據權利要求1所述的單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轉換器焊接設置在前蓋板的前端。
4.根據權利要求1或2或3所述的單激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，其特征在于:所述的摩擦驅動塊通過焊接設置在橢圓振動模態轉換器的前端。
5.根據權利要求1或2或3所述的單激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，其特征在于:所述的摩擦驅動塊通過粘接設置在橢圓振動模態轉換器的前端。
6.根據權利要求1或2或3所述的單激勵超聲橢圓振動精密輸送裝置，其特征在于:還包括一個聯接螺釘，用于將摩擦驅動塊聯接在橢圓振動模態轉換器的前端。
【文檔編號】H02N2/02GK104362892SQ201410740225
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月9日 優先權日:2014年12月9日
【發明者】汪幫富, 殷振, 李艷, 宋娟 申請人:蘇州科技學院