[发明专利]一种单激励超声椭圆振动精密输送装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用压电陶瓷逆压电效应的振动精密输送领域，尤其是涉及一种利用单激励超声椭圆振动进行驱动的精密输送装置。

背景技术

在医药、化工、食品、机械、材料制备等自动化生产加工及装配等领域，物料及零部件的传输和装配，一直采用传统的低频高幅电磁振动传输装置，这种装置工作时噪音较多，配送精度低，不易于实现精密闭环控制，功率体积小，这些问题一直制约着精密传输系统整体性能的提高。

20世纪80年代以来迅速发展和应用的超声压电驱动为精密传输系统提供了机遇，它通过定子和动子之间的摩擦作用，把弹性体的微幅振动转换成动子的宏观直线(旋转)运动，直接推动负载。因其具有体积小、重量轻、低速大扭矩、噪声小、响应快、定位精度高、无电磁干扰和环境适应性强等优点，在医疗、航空航天、机器人、MEMS 等技术领域得到了日益广泛的应用。

但是现有的行波超声输送装置存在着行波衰减较大、长距离输送受到限制难以实现、物料在输送长度上分配不均匀、结构复杂、输出功率小、制造困难、对制造装配要求较高、成本较高和寿命短等不足。这些问题制约了它们在工业生产中的应用。

发明内容

本发明提供了一种新型的单激励超声椭圆振动精密输送装置，目的是为了克服上述物料精密输送中存在的不足，简化振动精密输送装置结构，降低制造难度、减少成本、提高使用寿命和提高系统工作稳定性。

一种单激励超声椭圆振动精密输送装置，包括定子和动子，所述的动子包括动子包括传输带、带轮和设置在带轮侧面的摩擦层；所述的定子包括超声振动换能器、椭圆振动模态转换器和摩擦驱动块；所述的超声振动换能器整体呈圆柱体，其包括螺栓及依次套设在螺栓上的后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板，前盖板上设置有可与其它结构装置联接用的法兰盘，后盖板和前盖板通过螺栓将后盖板、压电陶瓷片、电极片和前盖板联接压紧，构成了单激励超声椭圆振动精密输送装置的能量转换部分，将超声电源输出的超声电能转换为超声换能器的超声振动能量。

所述的椭圆振动模态转换器和前盖板制作成一个整体设置在前盖板的前端，或者将椭圆振动模态转换器焊接设置在前盖板的前端。椭圆振动模态转换器包括直梁和斜梁构成的复合结构，直梁和斜梁垂直于其中心轴线的截面均为矩形，直梁的中心轴线和超声振动换能器的中心轴线重合，直梁的一端与超声换能器的前盖板联接，另一端悬伸；斜梁的一端和超声换能器的前盖板偏离中心轴线的一侧联接，另一端和直梁的中间部位联接，斜梁的中心轴线和直梁的中心轴线成0-90度夹角，直梁和斜梁与超声换能器前盖板的联接处均为圆弧过渡联接。

椭圆振动模态转换器设置在超声振动换能器前端后构成的组合件称为单激励超声椭圆振动换能器，椭圆振动模态转换器为直梁和斜梁复合结构的目的是为了改变单激励超声椭圆振动换能器的振动模态，使其纵向振动模态频率和弯曲振动模态频率接近或相等；由于斜梁结构的存在，超声振动换能器产生的纵向超声振动在传递到斜梁后，在斜梁根部分解为一部分纵向振动分量和一部分弯曲振动分量，当斜梁分解的纵向振动分量和弯曲振动分量传递到直梁后，和直梁上传播的纵向振动相复合，最终在直梁末端形成具有一定相位差的纵向振动分量和弯曲振动分量复合的超声椭圆振动。

所述的摩擦驱动块通过焊接、粘接或螺钉联接方式设置在椭圆振动模态转换器的前端，摩擦驱动块与带轮侧面设置的摩擦层相切并接触；超声振动换能器的法兰盘用来安装定子和预压力装置，将定子和动子连接成一整体构成单激励超声椭圆振动精密输送装置，经法兰盘和支架固定后的超声振动换能器轴线与带轮平面成20度~160度的夹角。

当超声电源输出的超声电信号接入到超声振动换能器的电极片后，超声振动换能器即产生超声振动，超声振动能量从超声振动换能器传递到椭圆振动模态转换器末端后，转换为具有一定相位差的纵向振动和弯曲振动复合的纵弯复合超声椭圆振动，即转换为椭圆振动模态转换器末端的纵弯复合超声椭圆振动，并驱动摩擦驱动块和椭圆振动模态转换器末端一起做超声椭圆振动，摩擦驱动块和转盘相接触后驱动转盘转动，进而驱动皮带和和物料进行精确运动。相比现有文献介绍的精密输送装置，该单激励超声椭圆振动精密输送装置具有功率容量大、能量转换效率高、结构简单，制造容易、成本低、结构刚度大、控制驱动系统简单和振动性能稳定等优点。

更进一步，所述的单激励超声椭圆振动精密输送装置只有一组纵向振动压电陶瓷片。

更进一步，所述的单激励超声椭圆振动精密输送装置只需一路超声电信号激励。