环形压电双晶片驱动式振动送料器

国家自然科学基金资助项目<#%I<#I< 收 稿 日 期 $%#!J%!J%B修 回 日 期 $%#!J%<J$I
第#期
苏 江 "等 &环 形 压 电 双 晶 片 驱 动 式 振 动 送 料 器
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图 # 环 形 压 电 双 晶 片 驱 动 式 振 动 给 料 器 结 构 ;/89#?1)(K1()3'-L/0)+1')M-33F3)F)/L3F0MF'(8N*(1
图 I 压 电 双 晶 片 振 子 的 振 型 ;/89I./0)+1')M 5'F3'-L/0)+1')
4样机性能测试
49! 样 机 主 要 尺 寸 制造环形压电双晶片驱动式振动送料器样机" 如图A所示%其中"基板 尺 寸 为 =$ 55X#9A 55" 压电陶瓷尺寸 为 =$ 55X#9A 55"主 振 弹 簧 尺 寸 为 B< 55 X !% 55 X $9< 55"支 撑 弹 簧 为 <% 55X!% 55X# 55%
环形压电双晶片驱动式振动给料器主要包括料 盘顶盘斜块基座底 座 和 驱 动 部 分 包 括 环 形 压 电 双 晶 片 振 子 连 接 轴 支 撑 弹 簧 片 和 主 振 弹 簧 片 结构如图#所示 其 中驱 动 源 为 环 形 压 电 双 晶 片 振 子 通 过 环 形 基 座 固 定 在 底 座 上 连 接 轴 两 端 穿 过 主振弹簧片并用螺母固定主振弹簧片一端固定在 底 座 上 另 一 端 通 过 支 撑 弹 簧 片 与 顶 盘 连 接 料 盘 通 过螺栓固定在顶 盘 上 橡 胶 底 脚 安 装 在 底 座 上起 减振作用
摘要为了满足现代工业领域中对轻薄小产品平稳输送的要求提出了一种采 用 环 形 压 电 双 晶 片 作 为 驱 动 源 的 新型振动送料器设计了振动送料器结构分析了振动送料器的工作原理测试 了 压 电 双 晶 片 振 子 的 性 能利 用 有 限元软件 >:?@?确定了压电双晶片振子的工作模态研制了送料器样机并进行试验测试试验结果表明当振动 频率为AB9<=#9<CD时送料器具备输送物料的能力当 系 统 共 振 时输 送 速 度 最 快随 着 电 压 的 增 加送 料 速 度 呈线性关系增加与同型号的 电 磁 振 动 送 料 器 相 比研 制 的 环 形 压 电 双 晶 片 驱 动 式 振 动 送 料 器 消 耗 电 流 仅 为 其 #BE 工 作 噪 声 下 降 $$FG输 送 稳 定 性 好
第 !" 卷 第 # 期 $%#" 年 $ 月
振 动 测 试 与 诊 断
&'()*+,'-./0)+1/'*23+4()353*16 7/+8*'4/4
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环形压电双晶片驱动式振动送料器
苏 江#$ 沈 燕 虎# 杨 志 刚! 乔 忠 智#
#9吉 林 大 学 机 械 科 学 与 工 程 学 院 长 春 #!%%$< $9吉 林 大 学 珠 海 学 院 机 电 工 程 系 珠 海 <#=%"# !9吉 林 大 学 链 传 动 研 究 所 长 春 #!%%$<
图 ! 环 形 压 电 双 晶 片 振 子 结 构 ;/89! ?1)(K1()3 '-F'(8N*(14N+O3F O/3D'3,3K1)/K 0/J
5')ONL/0)+1')
选用了 RSH 压电陶瓷片"使用环氧 树 脂胶水 将 两片环形压电陶瓷片分别黏接在金属基板的两侧制 作成压电双晶片振子%因为基板工作时受交变应力
图 B 振 子 的 幅 频 特 性 曲 线 ;/89B>5O,/1(F3-)3W(3*KMKN+)+K13)/41/KK()L3'-L/0)+J
1')
3压电双晶片振子的模态分析
利用 >:?@?软件对压电双晶片振 子 进行模 态 分析(#$)"模态分析就是为了确 定 振 动 送 料 器 所 用 的 压电振子振型%图I为压电双晶片振子振型分析结 果 % 由 图 I 可 以 看 出 "一 阶 振 型 中 心 变 形 量 最 大 "二 三阶振型中心点两 侧 变 形 量 最 大"而 四 阶 振 型 的 中 心点四周的"个点变形量最大%本研究的振动送料 器是利用压电双晶 片 振 子 中 心 的 变 形"所 以 选 用 其 一阶振型%
图 $ 送 料 器 工 作 原 理 ;/89$ P')Q/*8O)/*K/O,3'--33F3)
"环形压电双晶片振子结构与性能测试
"9! 环 形 压 电 双 晶 片 振 子 结 构 环形 压 电 双 晶 片 振 子 是 振 动 给 料 器 的 动 力 部 分 "为 振 动 送 料 器 提 供 振 动 激 励 "它 的 结 构 尺 寸 决 定 了 整 机 的 结 构 尺 寸 "其 性 能 决 定 了 整 机 性 能 "所 以 环 形压电双晶片振子的设计至关重要%笔者设计的环 形压电双晶片振子结构如图!所示%
图 " 动 态 特 性 测 试 系 统 图 ;/89"TUO3)/53*1+,1341/*84M4135 '-FM*+5/KKN+)+KJ
13)/41/K4
$9$9# 阻 抗 测 试 将环 形 压 电 晶 片 振 子 固 定 到 工 作 台 上"利 用 精
密阻抗分析仪对其 进 行 阻 抗 分 析"可 以 得 到 阻 抗 值
当频率在AB CD以下时"送料速度 为 %'当频率 为A= CD时"送料速度最 快"达 到 了 I< 55*4"此 时 系 统 达 到 共 振 '当 频 率 大 于=$ CD时 "送 料 速 度 又 回 到了%%由于环形压电双晶片 振子 动 态 测 试 时 的 边
关 键 词 振 动 给 料 器 压 电 双 晶 片 振 动 模 态 性 能 中 图 分 类 号 HC$!I9#
引言
!结构与工作原理
自动送料装置作为生产线一个不可缺少的环节 其输送流程和效率在很大程度上决定了整个自动化 生产程序的优劣传统的振动送料器大多采用电磁 铁 作 为 驱 动 源 这 种 电 磁 振 动 送 料 器 噪 音 大 质 量 重 能 耗 大 结 构 复 杂 输 送 平 稳 性 差#J! 随 着 现 代 工 业 领 域 中 产 品 愈 来 愈 趋 向 于 轻 薄 小 低 碳 环 保 设 计 理 念深入人心工人工作环境日 趋改善对送 料 器的 体 积噪音输送平稳性及节能等方 面也 提 出了新的 要 求近些年来随着压 电材料 的不断 发 展压电 材 料 逐渐应用于越来越多的高新技术和工业生产领域 $% 世 纪 I% 年 代 末 期 日 本 科 研 人 员 研 制 成 功 了 以 矩 形 压 电 陶 瓷 作 为 驱 动 源 的 压 电 振 动 送 料 器"这 种 送 料器克服了传统电磁送料器的 缺点具有体 积 小能 耗低噪音小和输送平稳等优 点在精密 自 动化生 产 线 上 得 到 了 广 泛 的 应 用<JB 我 国 在 $% 世 纪 =% 年 代 开 始 了 压 电 振 动 送 料 器 的 研 究虽 然 取 得 了 一 些 成 果 但 是 由 于 在 结 构 上 没 有 创 新 技 术 不 成 熟 没 有 形 成 具 有 自 主 知 识 产 权 的 产 品IJ= 笔 者 提 出 一 种 新 型 压 电 驱 动 式 振 动 送 料 器 利 用 环 形 压 电 双 晶 片 作 为 驱 动 元 件 针 对 这 种 新 型 压 电 振 动 送 料 器 分 析 了 其 工 作原理制造了样机并进行试验测试
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振 动 !测 试 与 诊 断
第 !" 卷
图 < 振 子 正 弦 响 应 曲 线 ;/89<?/*3)34O'*43K()L3'-L/0)+1')
$9$9! 幅 频 特 性 曲 线 把电压固定在!%."调节频率为$9!$9=QCD"
每 隔 $% CD记 录 一 次 振 幅 数 值 "可 以 得 到 压 电 双 晶 片 振子的幅频特性曲线如图B所示%振幅在开始阶段 很 小 "但 随 着 频 率 的 增 大 振 幅 逐 渐 增 大 "当 频 率 增 大 到$9BQCD时"振幅达到最大"为"9A5"也 就是 说 当所施加电压频率和压电双晶片振子的谐振频率相 同时"压电双晶片 振 子 的 振 幅 值 最 大"振 动 最 强 烈" 这与利用精密阻抗分析仪分析的结果基本吻合%随 后 "随 着 频 率 的 增 加 振 幅 又 逐 渐 减 小 %
表 ! 振 子 尺 寸 参 数
#$%&!'()*+$,$-*.*,/012(%,$.0,
*55 *55 *55 *55 0*55 *55
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I !#9< $9# #9A !9A
"&" 环 形 压 电 双 晶 片 振 子 性 能 测 试
对设计的环形压电双晶片振子进行动态特性测 试"测试系统工作 框 图 如 图 " 所 示% 测 试 系 统 由 信 号 发 生 器 !功 率 放 大 器 !激 光 测 位 仪 和 傅 里 叶 分 析 仪 等组成%
最小为$B9!"谐振频率为 $B#!9!"= CD"相位角 为 "B9<V% $9$9$ 响 应 信 号 测 试