圆盘式微振动给料器的建模与仿真分析

发布时间：2017-06-07 13:14

  本文关键词：圆盘式微振动给料器的建模与仿真分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着精密制造、微电子生产、医药生产等行业的发展,对精细给料、精密供送、超微加工等提出了更高的要求,国外已广泛采用微纳振动输送的装置来实现输送和定位。压电阵子驱动的微振动输送装置已成为了国内外的研究热点。本论文首先阐述了压电振子的研究目的和意义,综述了振动给料装置技术的发展历程和国内外发展现状,该技术目前日本和欧美等国家研究比较多,其产品已应用到工程实际中。国内研究主要集中在结构和参数优化,对其核心部件压电振子理论研究较少。以圆盘式压电振子为研究对象,对其组成及结构、性能参数进行分析,确定合适的压电陶瓷材料、金属基板材料及结构形式。利用正交试验方法确定压电双晶片振子的最佳尺寸组合。通过压电效应的计算分析,建立压电方程及压电振子的振动模式,确定振子类型、支撑方式以及驱动波形。建立圆盘式压电振子的振动模型,对其进行动力学分析,应用Rayleigh-Ritz近似求解法,对轴对称压电双晶片振子的激振过程进行求解,推导出压电双晶片振子的弯曲振动的固有频率与相对应的振型的计算表达式,并对最大位移处的激振力进行求解。根据压电双晶片振子的实际结构,建立圆盘式压电双晶片振子的有限元模型并对其进行静态分析与实验测试,两条曲线的对比表明实验测试与仿真结果基本趋势一致,但存在5%左右的误差,其误差主要原因由于有限元模型是简化模型而且参数都是理想化状态的。因此证明对其结构的三维建模是可行的。运用SolidWorks软件,对圆盘式压电振动给料器进行建模。并对压电振动给料器的工作过程进行分析,建立其动力学模型,推导出压电振动给料器的物料输送的振动微分方程。建立圆盘式压电振动给料器的有限元模型,运用ANSYS软件对系统进行模态分析,得到振动给料系统的前6阶模态云图,其中一阶模态振型符合实际工作状态,其固有频率为225,12Hz。对压电振动给料器整机进行仿真分析和实验研究,分别得到输送速度与激振频率激振电压的关系曲线,由这些关系曲线可以看出,当电源电压一定,电源频率达到振动给料器的固有频率时,输料速度达到最大值；并且激振频率一定,输送物料的速度随着电源电压的升高而增大。
【关键词】：微振动输送 压电双晶片振子 固有频率 试验研究 仿真分析 模型
【学位授予单位】：哈尔滨商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH237.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 课题研究的目的及意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-18
• 1.2.1 国外研究现状13-16
• 1.2.2 国内研究现状16-18
• 1.3 存在的主要问题18
• 1.4 论文主要工作18-20
• 2 圆盘式压电振子理论分析与参数优化20-30
• 2.1 圆盘式压电振子的组成20-23
• 2.1.1 压电陶瓷材料的性能参数20-22
• 2.1.2 压电陶瓷材料的选择22-23
• 2.2 压电效应与压电方程23-25
• 2.2.1 压电效应23-24
• 2.2.2 压电方程24-25
• 2.3 运用正交试验选择压电双晶片的最优尺寸25-26
• 2.4 压电双晶片振子26-29
• 2.4.1 压电振子的振动模式26-27
• 2.4.2 压电双晶片振子类型27
• 2.4.3 压电双晶片振子的支撑方式27-28
• 2.4.4 压电双晶片振子的驱动波形28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 圆盘式压电双晶片振子的力学模型与有限元分析30-40
• 3.1 圆盘式压电双晶片的力学分析30-32
• 3.2 Rayleigh-Ritz法求解32-34
• 3.2.1 求Umax,Tmax,UEmax32-33
• 3.2.2 求解33-34
• 3.2.3 激振力的求解34
• 3.3 压电振子的有限元分析34-38
• 3.3.1 压电振子的有限元分析34-35
• 3.3.2 压电双晶片振子的静态分析与测试35-36
• 3.3.3 压电双晶片振子的动态分析与测试36-37
• 3.3.4 圆盘式压电振子的阻抗测试分析37-38
• 3.4 本章小结38-40
• 4 圆盘式压电振动给料器建模与有限元分析40-51
• 4.1 圆盘式压电振动给料器的建模与工作过程分析40-41
• 4.1.1 圆盘式压电振动给料器的建模40
• 4.1.2 圆盘式压电振动给料器的工作过程分析40-41
• 4.2 圆盘式压电振动给料器振动模型建立41-43
• 4.3 圆盘式压电振动振动给料装置参数计算43-45
• 4.3.1 主振弹簧和压电振子刚度的计算43-44
• 4.3.2 阻尼系数及给料能力44
• 4.3.3 振动装置的质量与固有频率44-45
• 4.4 圆盘式压电振动振动给料装置参数计算45-47
• 4.4.1 支撑弹簧的设计45-46
• 4.4.2 减振装置的设计46
• 4.4.3 底座的设计46-47
• 4.5 有限元分析47-50
• 4.5.1 有限元模型的建立47-48
• 4.5.2 模态分析48-50
• 4.6 本章小结50-51
• 5 圆盘式压电振动给料器的试验分析51-56
• 5.1 整机实验分析51-54
• 5.1.1 给料机样机51
• 5.1.2 测试系统的组成51-52
• 5.1.3 幅频特性52-53
• 5.1.4 频率与物料输送速度的关系53
• 5.1.5 电压与物料输送速度的关系53-54
• 5.2 本章小结54-56
• 结论56-58
• 参考文献58-62
• 攻读学位期间发表的学术论文62-64
• 致谢64

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