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超声波送料机理与关键技术研究

姜斌  
【摘要】: 振动送料器在自动加工与装配等领域有着重要应用。目前的驱动方式有电磁式与压电式,传统的电磁振动送料器,电磁干扰严重,近年出现了压电振动方式,解决了电磁干扰问题,但振幅较大,对微小物体的整列性能及输送稳定性还不理想。这两类振动送料器的工作频率在50-300Hz之间,噪音大,在要求高清洁、低噪声的生产场合,使用上受到限制。 超声波振动的传统应用为电学与声学领域,超声波马达的成功开发应用证明了它在机械驱动领域的应用前景。本文提出以超声波振动代替传统方式驱动振动送料器工作,是超声波振动在这一领域的新的应用。提出利用声频以外的高频超声振动来消除送料时振动噪音的方法,利用超声振动振幅更小的特点,提高对轻薄细小物料输送的平稳性和整列性能。 本文提出以压电超声换能器为振动源,通过合理的机械结构形成超声波振动对送料器的驱动,使料盘表面获得的运动叠加或合成以形成椭圆运动,从而具备推动与之接触物料移动的能力。 具体工作包括:设计了超声波振动送料的原理样机,对超声波振动送料器的驱动部件-压电超声换能器的设计方法进行了理论分析,对结构参数进行了设计计算,利用ANSYS软件分析了振动模态,对基本参数进行了测试。 综合考虑超声波振动送料器构件形状、重量、空间位置及其交互关系与耦合影响,建立超声波振动驱动过程的运动学与动力学模型,通过理论分析、数值运算和有限元分析,获得力学、结构参数对驱动性能的影响规律;研究超声波驱动状态下物料与料盘表面之间的相互作用规律,获取料盘表面椭圆运动的形成机理,取得超声波送料机构动力学参数与结构优化设计方法。 对超声波振动送料器的谐振特性进行了分析,提出了谐振频率的跟踪方法,在此基础上,根据超声波振动送料器的特点,设计了驱动电路。搭建了集相位检测、信号处理与反馈控制等功能于一体的超声波振动送料器专用控制器,从而保证了送料器协调、稳定地工作,提高了对物料的输送质量与效率。 对超声波振动送料器的性能进行了测试研究,验证了理论与仿真分析所得出的结论,验证了结构设计的方法。研究与测试结果表明,超声波振动送料的输送稳定性和整列性能相比于现有送料方式更佳,噪音更小,同时总结了工况变化对送料器输送性能的影响规律。从理论与试验两方面说明以超声波振动驱动送料器工作是可行的。


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