三立柱夹心式压电换能器自动装配机研制

发布时间：2017-05-03 19:09

  本文关键词：三立柱夹心式压电换能器自动装配机研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着超声技术的发展，超声设备的应用越来越广泛。超声换能器作为超声设备的核心部件之一，具有高效、大功率等特点。但是，传统的夹心式压电换能器装配方法中存在扭矩不稳定、压力波动范围大等问题，这些缺点导致夹心式压电换能器电声转换效率低、易发热、陶瓷片易碎、换能器易松开等问题。因此，夹心式压电换能器的装配质量对其性能有着重要的影响。根据传统装配存在的这些问题，本文提出了夹心式压电换能器自动装配机，并设计和分析了夹心式压电换能器自动装配机的机械结构，同时给出了该自动装配机的控制程序。 本文的主要内容如下： 第一章，介绍了超声技术和超声换能器的基本概念以及应用范围，然后介绍了超声技术、超声换能器、PLC以及压电换能器装配技术在国内外的研究状况，最后提出了本文的主要研究内容。 第二章，研究了换能器的各种性能参数以及装配质量的判断方法。分析了夹心式压电换能器上的应力分布情况。针对夹心式压电换能器的特点，计算了其在换能器上施加预应力的大小和换能器中压电陶瓷片受力时产生的电荷量之间的关系。 第三章，介绍了夹心式压电换能器自动装配机的整体结构方案。根据装配机的不足，设计了夹心式压电换能器电极与检测夹头对准和夹紧装置以及夹心式压电换能器螺母与套筒扳手对准装置。 第四章，建立了夹心式压电换能器自动装配机的三维模型，并对其进行简化。将其导入Ansys Workbench中，使用Ansys Workbench对装配机进行了静、动态分析，论证其理论可行性。 第五章，介绍了PLC控制系统的组成和优点。根据，夹心式压电换能器自动装配机的特点和工作流程，进行硬件的设计和软件的编程。采用WinCC Flexible组态软件建立适合夹心式压电换能器自动装配机的人机界面。 第六章，利用自动装配机对夹心式压电换能器进行装配实验，得出装配后夹心式压电换能器的参数。证明了装配机的可行性。 第七章，对全文进行总结，并对今后夹心式压电换能器装配机的发展提出设想。
【关键词】：压电换能器 自动装配机 机械结构 控制系统 实验
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB552
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 超声技术的发展及应用11
• 1.2 压电换能器的研究现状11-13
• 1.3 PLC 技术的应用现状13-14
• 1.4 压电换能器装配技术的发展现状14-15
• 1.5 课题研究背景和内容15-16
• 1.5.1 课题研究背景15
• 1.5.2 课题研究内容15-16
• 1.6 本章小结16-17
• 第2章 夹心式压电换能器性能与装配质量判别方法17-30
• 2.1 晶体的压电效应与逆压电效应17
• 2.2 夹心式压电换能器材料选择与设计17-20
• 2.2.1 夹心式压电换能器结构组成17-18
• 2.2.2 夹心式压电换能器材料要求18-19
• 2.2.3 夹心式压电换能器设计19-20
• 2.3 夹心式压电换能器性能分析20-25
• 2.3.1 夹心式压电换能器等效电路20-24
• 2.3.2 夹心式压电材料的重要参数24-25
• 2.4 夹心式压电换能器应力分布情况25-26
• 2.4.1 夹心式压电换能器有限元模型的建立25
• 2.4.2 夹心式压电换能器应力分布情况25-26
• 2.5 夹心式压电换能器质量判别方法26-29
• 2.5.1 夹心式压电换能器性能优劣的判断标准26-27
• 2.5.2 夹心式压电换能器质量判别方法27
• 2.5.3 电荷量和扭矩的关系27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 夹心式压电换能器自动装配机总体设计30-42
• 3.1 夹心式压电换能器自动装配机设计方案30
• 3.2 夹心式压电换能器自动装配机整体结构30-37
• 3.2.1 机械结构30-35
• 3.2.2 电压采集35-36
• 3.2.3 控制系统36-37
• 3.3 夹心式压电换能器自动装配机结构改进37-41
• 3.3.1 夹心式压电换能器电极与检测夹头对准和夹紧装置37-39
• 3.3.2 夹心式压电换能器螺母与套筒扳手对准装置39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 夹心式压电换能器自动装配机有限元模型建立与分析42-53
• 4.1 有限元法42-43
• 4.2 夹心式压电换能器自动装配机有限元模型建立43-44
• 4.2.1 定义材料属性43
• 4.2.2 选择接触类型43
• 4.2.3 网格划分43-44
• 4.3 夹心式压电换能器自动装配机机架的静态结构分析44-50
• 4.3.1 ANSYS Workbench 中静态分析理论44-45
• 4.3.2 正常工作时，装配机装配夹心式压电换能器时结构的受力情况45-48
• 4.3.3 非正常工作时，，装配机装配夹心式压电换能器时结构的受力情况48-50
• 4.4 模态分析50-52
• 4.4.1 模态分析基础理论51
• 4.4.2 结果分析51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 PLC 控制系统设计53-65
• 5.1 PLC 控制系统介绍53-54
• 5.1.1 PLC 的结构组成53-54
• 5.1.2 PLC 的优点54
• 5.2 PLC 控制系统设计步骤54-55
• 5.2.1 PLC 控制系统应遵循的基本原则54
• 5.2.2 PLC 控制系统的设计步骤54-55
• 5.3 PLC 控制系统的硬件设计55-59
• 5.3.1 PLC 的选型55-56
• 5.3.2 步进电机驱动器的选用56-57
• 5.3.3 I/O 地址分配和元件设置57-58
• 5.3.4 安装接线需要注意的问题58-59
• 5.4 PLC 控制系统软件设计59-61
• 5.4.1 PLC 程序设计方法59
• 5.4.2 PLC 程序的设计思路59-61
• 5.4.3 PLC 控制程序的实现61
• 5.5 组态软件 WinCC Flexible61
• 5.6 系统组态设计方法61-62
• 5.7 操作画面及功能说明62-64
• 5.7.1 使用说明页面62
• 5.7.2 控制页面62-63
• 5.7.3 参数设置页面63-64
• 5.8 本章小结64-65
• 第6章 夹心式压电换能器装配实验65-71
• 6.1 实验材料65-66
• 6.2 实验步骤66-68
• 6.2.1 预装配66-67
• 6.2.2 装配过程67-68
• 6.3 谐振频率、阻抗和电容的测量68-70
• 6.4 二次装配过与一次装配的夹心式压电换能器比较70
• 6.5 本章小结70-71
• 第7章 总结与展望71-73
• 7.1 回顾与总结71-72
• 7.2 今后的工作展望72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 附录177-78
• 附录278-83

【参考文献】

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本文编号：343568