[发明专利]一种基于对心曲柄滑块机构的振动声混合平台设计方法

说明书

本发明公开了一种基于对心曲柄滑块机构的振动声混合平台设计方法，为振动声混合技术提供了一种新的实现途径。本发明的基本设计步骤包括平台负载确定、平台最大加速度确定、平台振动频率确定、连杆比确定、曲柄半径确定、连杆长度确定、电机数量确定、电机扭矩确定以及控制系统设计。本发明为一种为振动声混合平台的设计方法，具有方法简单，所得设计平台造价低廉、结构可靠性强、平台的频率和加速度不受负载变化影响等特点，适用于加速度在100g级别的振动声混合平台设计的使用。

技术领域

本发明涉及机械设计领域，主要涉及曲柄滑块领域，尤其涉及一种基于对心曲柄滑块机构的振动声混合平台设计方法。

背景技术

混合是利用混合装置使性质或形态不同、呈分区状态的物料达到随机分布的均匀状态，可以分为固-固混合、液-液混合、气-液混合和固-液混合。

工业中常用的混合工艺有搅拌混合、捏合机混合、滚筒混合及超声混合等。随着化工材料的发展，特别是纳米材料的应用，现有混合工艺在混合均匀性上具有一定的局限性。由于纳米材料的比表面积大，比表面能高，极易产生自发凝并、团聚现象，而传统叶片或螺杆元件式混合工艺的混合区域主要集中在混合元件的周围，且混合尺度较大，无法将被包裹的纳米材料颗粒均匀分散在被混物料体系中，导致混合难以实现混匀化。此外，传统捏合机的锅壁、锅底等位置与捏合桨之间存在间隙和死角，发生固料的沉积，混合效率不高、效果不佳，特别是对于某些含量很少(0.1％)的功能组分，其会在固相体系间局部裹挟，很难实现均匀分散。

一种振动声混合技术，或者叫共振声混合技术随着化工材料的发展应运而生。其主要原理是使被混物料处于大加速度条件下，物料一方面在振动的作用下发生质量交换，同时由混合容器底部传递的振动声波在物料内部发生传播和衰减，进行物料内部的微观质量交换。基于振动声的混合工艺具有混合无死角、无混合桨叶的介入、混合尺度小等优势而被广泛研究。

产生振动声混合的重要条件是被混物料所受的大加速度。目前，常用来产生加速度的设备主要有偏心惯性激振器、电磁激振器、电机-弹簧激振器等。面对振动声混合技术的发展，提供更多种类振动声混合平台的设计方法对于该技术应用于不同场合和工业化普及至关重要。

发明内容

针对以上背景中所述振动声混合的优势以及加速度对混合的关键作用，本发明的目的在于提供一种基于对心曲柄滑块机构的振动声混合平台设计方法，通过曲柄滑块机构基本原理的应用，振动声混合平台的负载需求、加速度需求等进行设备结构和力学的设计选型，实现一种结构简单、造价低廉、可靠性强的大负载、高加速度混合平台的设计。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于对心曲柄滑块机构的振动声混合平台设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、确定平台负载：确定平台负载m，0kgm≤50kg；

B、确定平台最大加速度：确定平台所需达到的最大加速度a_max，10g≤a_max≤200g，其中g为重力加速度；

C、确定平台振动频率：平台振动频率为f，0Hzf≤200Hz；

D、确定曲柄旋转角频率：曲柄角频率为ω，ω＝2πf；

E、确定连杆比：连杆比为λ，0.1≤λ≤0.6；

F、确定曲柄半径：曲柄半径为R；

对心曲柄滑块机构工作过程中滑块加速度大小可以表示为：

a＝Rω²(cosα+λcos2α)，其中α为曲柄摆角；