垂直双驱动型压电振动送料器的结构设计与试验研究

发布时间：2017-07-26 05:02

  本文关键词：垂直双驱动型压电振动送料器的结构设计与试验研究

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【摘要】：振动送料器具有整列特性好、定向输送能力强和工作效率高等优点，广泛应用在机械、电子、医药等生产领域。传统的振动送料器以电磁方式驱动，一般体积大、噪音高、耗能大，特别是振幅大，，不适用于微小精密零件的输送。 压电式振动送料器是近年发展起来的一种新型送料器，具有振幅小、精度高、稳定性好等优点，在食品、精密电子等领域已得到广泛应用。现有的压电式振动送料器有悬臂梁式与垂直式两种驱动方式，其中，垂直驱动式压电振动送料器由我国自主开发而形成。但其中作为驱动源的压电振子仅有一个，驱动能力有限，还不能适应较大载荷的驱动要求。本文结合国家863项目“垂直驱动式压电送料器开发研究”，提出并设计了垂直双驱动型压电振动送料器（以下简称垂直双驱动送料器），以期提高这种送料器驱动物料的能力。 首先对垂直双驱动送料器的驱动源，即环形压电振子，建立力学模型和平衡方程，进行挠度分析，计算最大挠度。利用ANSYS进行模态分析，得到环形压电振子的固有振型以及对应的固有频率。通过试验，得到中心点的挠度与驱动电压和驱动频率的关系以及相应的频率特性图和电压特性图。 设计加工垂直双驱动送料器，特别是底座、支撑弹簧、传振杆、压电振子、压环和顶盘的设计、选材和加工，介绍整机工作原理，当驱动频率等于整机谐振频率，整机产生共振，送料能力最强。在垂直双驱动送料器装配过程中，为了提高装配质量和装配效率，确保同一批产品的一致性，制定了垂直双驱动送料器的装配工艺流程。 建立垂直双驱动送料器的力学模型，进行振动分析，计算固有频率，得出影响系统固有频率的因素。通过振动分析，比较垂直双驱动送料器与垂直单驱动送料器的最大振幅，在支撑弹簧和环形压电振子刚度计算的基础上，计算最大振幅的比值。 利用Hypermesh和ANSYS软件对垂直双驱动送料器进行模态分析和谐响应分析。通过模态分析，得到整机的5阶模态，整机的1阶模态最接近实际工作情况，得到此时整机的固有频率；通过谐响应分析，得到了料盘边缘点的幅频曲线。 对垂直双驱动送料器进行相关试验，确定测量输送物料速度和料盘振幅的试验方法，根据测量结果，得到送料性能的电压特性和频率特性。垂直双驱动送料器比垂直单驱动送料器的初始激励大，承载能力强。通过试验，确定垂直双驱动送料器的最大承载能力，以及与垂直单驱动送料器的最大承载能力之比。
【关键词】：双驱动 压电振动 送料器 环形压电振子 谐振频率
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH237.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 引言12-13
• 1.2 振动送料器的分类13-16
• 1.2.1 电磁式振动送料器13-14
• 1.2.2 压电式振动送料器14-16
• 1.3 压电式振动送料器的国内外研究现状16-19
• 1.4 本文研究主要内容19-22
• 第2章 压电驱动的理论基础22-32
• 2.1 压电材料与压电陶瓷22-25
• 2.1.1 压电材料及其分类22-24
• 2.1.2 压电陶瓷及其用途24-25
• 2.2 压电双晶片的类型及振动模式25-27
• 2.2.1 压电双晶片的类型25-26
• 2.2.2 压电振子振动模式26-27
• 2.3 机械振动的分类及应用27-30
• 2.3.1 机械振动的分类27-28
• 2.3.2 机械振动的危害及应用28-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 环形压电振子的挠度分析与试验研究32-42
• 3.1 环形压电振子的理论模型和挠度分析32-36
• 3.1.1 环形压电振子的理论模型32-34
• 3.1.2 环形压电振子的平衡条件34-35
• 3.1.3 环形压电振子的挠度分析35-36
• 3.2 环形压电振子的模态分析36-38
• 3.3 环形压电振子的试验研究38-41
• 3.3.1 环形压电振子挠度的测试方法38-39
• 3.3.2 环形压电振子挠度的频率特性39-40
• 3.3.3 环形压电振子挠度的电压特性40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 垂直双驱动送料器的结构设计与振动分析42-60
• 4.1 垂直双驱动送料器的工作原理42-43
• 4.2 垂直双驱动送料器的结构设计43-48
• 4.2.1 底座的设计与加工44-45
• 4.2.2 顶盘的设计与加工45-46
• 4.2.3 支撑弹簧的设计与加工46-47
• 4.2.4 传振杆的设计与加工47-48
• 4.2.5 环形连接环的设计与加工48
• 4.3 垂直双驱动送料器的装配工艺流程48-50
• 4.4 垂直双驱动送料器的振动分析50-53
• 4.4.1 建立数学模型51
• 4.4.2 系统固有频率51-53
• 4.5 垂直双驱动送料器与垂直单驱动送料器料盘振幅的比较53-58
• 4.5.1 支撑弹簧和环形压电振子的刚度计算54-57
• 4.5.2 垂直双驱动送料器与垂直单驱动送料器的料盘振幅之比57-58
• 4.6 本章小结58-60
• 第5章 垂直双驱动送料器的有限元分析与试验研究60-70
• 5.1 整机的有限元分析60-63
• 5.1.1 整机的模态分析60-62
• 5.1.2 整机的谐响应分析62-63
• 5.2 垂直双驱动送料器的试验研究63-67
• 5.2.1 送料器送料性能的试验方法63-64
• 5.2.2 垂直双驱动送料器送料性能的电压特性64-66
• 5.2.3 垂直双驱动送料器送料性能的频率特性66-67
• 5.3 垂直双驱动送料器与垂直单驱动送料器的试验对比67-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第6章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-76
• 作者简介76-77
• 致谢77

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