【摘要】：振動送料器是自動加工和自動裝配系統(tǒng)中的一種供料裝置，由于其整列定向性能優(yōu)良，供料效率高，通用性好，因而廣泛應(yīng)用于自動裝配、自動加工、自動包裝等各種工序上。傳統(tǒng)的振動送料器采用電磁鐵為振動源，且一般要求工作頻率為50Hz或100Hz，造成了消耗電能多、工作噪聲大、結(jié)構(gòu)調(diào)整復(fù)雜等不足。隨著先進制造業(yè)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品愈來愈趨向于輕、薄、細、小、精，對新型振動送料器的需求變得越來越迫切。20世紀(jì)七十年代末期，，日本首次提出了利用矩形壓電雙晶片作為激勵源的壓電式振動送料器，隨后的幾十年里，取得了一系列的成果，申請了近十項發(fā)明專利，在自動化生產(chǎn)線上也得到了廣泛應(yīng)用。我國在20世紀(jì)90年代初期開始對壓電振動送料器進行研究，也取得了一定成果，但是所設(shè)計的送料器結(jié)構(gòu)與日本的產(chǎn)品類似，并沒有較大創(chuàng)新，無法大批量生產(chǎn)。本論文結(jié)合國家863項目“垂直驅(qū)動式壓電振動送料器的開發(fā)研究（項目編號：2006AA04Z225）”的研究工作，提出了利用環(huán)形壓電振子、矩形壓電振子和郎之萬振子驅(qū)動的新型振動送料裝置，以這三類新型結(jié)構(gòu)為研究對象，進行了理論分析、動力學(xué)分析、樣機設(shè)計與制作及試驗研究。主要研究內(nèi)容如下： 1、在查閱大量資料的基礎(chǔ)上，深入分析了振動送料裝置的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了現(xiàn)有振動送料裝置的驅(qū)動方式，指出了研究壓電振子在振動送料裝置上應(yīng)用的意義。 2、通過分析壓電陶瓷的性能參數(shù)和相關(guān)特性，獲得了送料器所用壓電陶瓷的性能參數(shù)要求，確定了適于送料器工作的壓電陶瓷振動模式、送料器所用壓電振子的類型、支撐方式與振動放大形式，為送料器的結(jié)構(gòu)設(shè)計、理論分析及試驗研究提供了必要的理論基礎(chǔ)。 3、分析了壓電驅(qū)動送料器能夠?qū)ξ锪闲纬奢斔偷幕驹砗臀锪陷斔瓦^程中存在的運動形式及輸送形態(tài)，建立了物料的力學(xué)模型，確定了物料騰空和滑移的條件及料槽參數(shù)對運動狀態(tài)的影響，推導(dǎo)了正向滑移狀態(tài)的平均速度公式。 4、設(shè)計了直線式環(huán)形壓電振子驅(qū)動送料器結(jié)構(gòu)，分析了其工作原理；建立了送料器動力學(xué)模型，推導(dǎo)了系統(tǒng)固有頻率關(guān)系式；在對其進行了模態(tài)分析和輸出力推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，對環(huán)形壓電雙晶片振子進行了設(shè)計；對送料器的支撐彈簧片、底座、隔振和頂板進行了詳細設(shè)計。分別從頻率特性、電壓特性、振幅與速度關(guān)系、物料重量、摩擦系數(shù)、料槽升角、彈簧片安裝角度、噪聲與耗電等方面對所開發(fā)的直線式環(huán)形壓電振子驅(qū)動送料器樣機進行了測試，并分析了影響規(guī)律。 5、設(shè)計了直線式矩形壓電振子驅(qū)動送料器結(jié)構(gòu)，分析了其工作原理；建立了送料器動力學(xué)模型，推導(dǎo)了振幅放大關(guān)系式；分析了矩形壓電雙晶片尺寸參數(shù)影響，利用有限軟件分析了矩形壓電雙晶片振子的振動模態(tài)；對矩形壓電雙晶片振子進行了動力學(xué)分析，獲得了影響驅(qū)動力的影響因素。對所開發(fā)的直線式矩形壓電振子驅(qū)動送料器樣機性能進行了性能測試。 6、設(shè)計了直線式郎之萬振子驅(qū)動送料器結(jié)構(gòu)，分析了其工作原理；根據(jù)使用要求，對其核心元件—郎之萬振子結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，并完成其結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)計算推導(dǎo)，由此確定了振子的主要結(jié)構(gòu)尺寸；用精密阻抗分析儀測試了郎之萬振子的阻抗和諧振頻率，采用激光測距儀完成了振子前端面的縱向振幅測試。分別從物料重量、頻率特性、電壓特性及噪聲等方面對研制的送料器樣機進行了性能測試。 本文結(jié)合壓電學(xué)、機械學(xué)、力學(xué)、控制學(xué)等多學(xué)科知識，深入分析了所設(shè)計的新型壓電驅(qū)動送料器的工作機理和動力學(xué)特性，系統(tǒng)測試了送料器的各項性能。本文研究所取得的成果豐富了壓電式振動送料器驅(qū)動機理，為送料器性能改進提供了理論和試驗支撐，為具有自主知識產(chǎn)權(quán)的壓電式振動送料器的產(chǎn)品化奠定了基礎(chǔ)。
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【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH237.1

【參考文獻】

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本文編號：2268900