CN115724136A - 一种夹心式压电驱动的直线振动送料装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种夹心式压电驱动的直线振动送料装置及其工作方法，装置包含底座、第一至第四弹簧片、第一至第二连接块、第一至第二压电换能器、第一至第二支架、顶盘、压电双晶片、第一至第三挡件、以及M+N+P个调节螺栓；工作时，对第一、第二压电换能器施加正弦激励信号，能够激发出第一、第二压电换能器的一阶纵振模态，诱导出第三、第四弹簧片的往复弯曲振动，带动顶盘产生水平和垂直方向位移，使得物料在摩擦作用下随之产生水平和垂直方向位移。当顶盘到达极限位置后往回运动，物料则由于惯性继续呈抛物线产生水平位移并下落，实现单次移动。在顶盘往复摆动的周期性运动下，物料持续运输。本发明结构简单、加工装配容易。

Description

一种夹心式压电驱动的直线振动送料装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及压电送料器、物料输送和微颗粒运输领域，尤其涉及一种夹心式压电驱动的直线振动送料装置及其工作方法。

背景技术

振动物料输送装置是一种利用振动驱动物料输送的装置，其在工业生产中是常用的送料设备，其功能是形成物料的整列、排序与定向输送，在现代精密半导体器件的测封环节、表面组装技术、微小机械等需要自动化精密输送的生产领域具有重要应用价值。

振动物料输送装置按照振动激励源可以分为电磁式振动物料输送装置和压电式振动物料输送装置。采用电磁铁作为驱动源的送料装置在生产线上得到了广泛应用，但是这种电磁式振动送料器存在噪声大、能源转换率低、不适合精密物料输送等缺点。随着压电技术的发展，以压电材料作为驱动源的新型驱动器越来越受到研究者关注。

1977年，日本特殊陶业株式会社科研人员首次提出利用矩形压电陶瓷片作为驱动源的压电式振动送料器。日本研究人员研制的直线型压电振动送料器主要由底座、压电振子、弹簧片、顶板等组成。工作原理是当压电振子受到交变激励信号激励时，由于逆压电效应，弹簧片在压电陶瓷激励下产生往复弯曲变形，诱导顶板产生椭圆运动，从而输送物料。由于采用贴片式压电陶瓷片激励，上述压电振动送料器存在振幅小，输送性能和输送平稳性差的缺点。

目前市面上常见的压电送料装置是在上述压电式振动送料器的基础上加上质量块，通过质量块附加的惯性提高顶盘的振幅，从而提高输送效果。上述压电振动送料器主要采用压电双晶片驱动，利用的是压电陶瓷的d31效应，而压电陶瓷的d31参数相比于d33小很多，因此贴片式压电振动送料器的效率远低于夹心式压电振动送料器。而质量块的引入对装置的加工装配提出更高要求。此外，由于弹簧片的倾斜布置，上述装置的零件结构存在各种复杂倾角，所以加工和装配都很困难。由于弹簧片倾斜角度固定无法改变，因此顶盘的水平和垂直位移固定，只能适用于运输某一类物料，无法运输其他类型的物料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种夹心式压电驱动的直线振动送料装置及其工作方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种夹心式压电驱动的直线振动送料装置，包含底座、第一至第四弹簧片、第一至第二连接块、第一至第二压电换能器、第一至第二支架、顶盘、压电双晶片、第一至第三挡件、以及M+N+P个调节螺栓，M、N、P均为大于等于1的自然数；

第一压电换能器、第二压电换能器结构相同，均包含前梁、第一压电单元、夹持件、第二压电单元、后梁和预紧螺栓；

所述前梁包含端部、放大部和根部，其中，所述端部、根部均为圆柱体，端部端面的面积小于根部端面的面积；所述放大部为一端端面形状和端部端面形状相同、另一端端面形状和根部端面形状相同的圆台，且放大部面积较小的一端和端部的一端同轴固连、面积较大的一端和根部的一端同轴固连；所述根部远离放大部的一端端面的中心设有和所述预设螺栓相配合的螺纹盲孔；

所述后梁为横截面和前梁根部端面形状相同的圆柱体，后梁一端端面的中心设有和所述预紧螺栓相配合的沉头通孔；

所述第一压电单元、第二压电单元均包含Q个圆环形的压电陶瓷片，Q为大于等于1的自然数；所述Q个压电陶瓷片依次层叠，均沿厚度方向极化，且相邻压电陶瓷片极化方向相反；

所述夹持件包含夹持部和固定部，所述夹持部和所述压电陶瓷片形状相同，所述固定部通过柔铰和所述夹持部的侧壁相连；

所述第一预紧螺栓从后梁的沉头通孔依次穿过所述后梁、第一压电单元、夹持件的夹持部、第二压电单元后和所述前梁的螺纹盲孔螺纹相连，将后梁、第一压电单元、夹持件、第二压电单元、前梁夹紧并使其同轴；所述第一压电单元的第Q个压电陶瓷片的极化方向和第二压电单元的第1个压电陶瓷片的极化方向相反；

所述顶盘为矩形板；

所述第一至第四弹簧片均为矩形弹簧片，第一、第二弹簧片结构相同，第三、第三弹簧片结构相同；

所述第一、第二弹簧片平行设置，其下端均和所述底座固连，上端分别和所述第一连接块、第二连接块固连；

所述第三、第四弹簧片平行设置，其下端分别和所述第一连接块、第二连接块固连，上端分别和所述顶盘的两端固连，使得顶盘水平设置，且第三弹簧片和水平面之间的夹角不等于90°；

所述第一压电换能器的前梁的端部和所述第一连接块固连，第一压电换能器的夹持件的固定部通过所述第一支架和所述底座固连；所述第二压电换能器的前梁的端部和所述第二连接块固连，第二压电换能器的夹持件的固定部通过所述第二支架和所述底座固连；

所述第一压电换能器的后梁的轴线平行于第二压电换能器的后梁的轴线；

所述调节螺栓包含螺帽和螺柱；

第一挡件、第二挡件、第三挡件的上表面分别设有M个、N个、P个调节凹槽，所述调节凹槽均为和所述顶盘垂直的条形凹槽，且调节凹槽均设有和所述顶盘垂直的条形通槽，所述调节凹槽的宽度大于所述调节螺栓的螺帽的直径，条形通槽的宽度小于调节螺栓的螺帽的直径且大于调节螺栓螺柱的直径；

所述顶盘上表面上设有M+N+P个和所述第一挡件上M个、第二挡件上N个、第三挡件上P个调节凹槽一一对应的定位螺纹盲孔；

所述M+N+P个调节螺栓一一对应从M+N+P个调节凹槽中穿过、和所述M+N+P个定位螺纹盲孔一一对应螺纹相连，将第一挡件、第二挡件、第三挡件固定在所述顶盘上，使得第一挡件和第二挡件之间形成送料槽，第一挡件和第三挡件之间形成出料槽，第二挡件和第三挡件之间形成回退槽；所述回退槽和出料槽之间的夹角为锐角；

所述压电双晶片一端和所述第三挡件固连，另一端和所述第二挡件相抵，用于在非驱动状态下隔阻送料槽和回退槽使得送料槽和出料槽联通，在驱动状态下隔阻送料槽和出料槽使得送料槽和回退槽联通。

作为本发明一种夹心式压电驱动的直线振动送料装置进一步的优化方案，所述第一压电换能器、第二压电换能器的前梁上均周向设有若干用于夹持的键。

作为本发明一种夹心式压电驱动的直线振动送料装置进一步的优化方案，所述Q取2。

本发明还公开了一种该夹心式压电驱动的直线振动送料装置的工作方法，包括以下步骤：

如果需要物料由第一压电换能器朝第二压电换能器方向运输，对第一压电换能器施加正弦交流激励信号U1，对第二压电换能器施加正弦交流激励信号U2，U1、U2频率和电压均相同且存在180°的相位差，激发出第一、第二压电换能器的一阶纵振模态，且振动模态存在180°相位差；此时，第一、第二压电换能器的振动传递给第三、第四弹簧片，诱发出第三、第四弹簧片的往复弯曲振动，进而带动顶盘产生水平和垂直方向位移，使得物料由第一压电换能器朝第二压电换能器方向运输；

如果需要送料槽和回退槽隔阻，送料槽和出料槽联通，不驱动状态压电双晶片即可；

如果需要送料槽和出料槽隔阻，送料槽和回退槽联通，对压电双晶片输入预设的直流电信号，使得压电双晶片弯曲变形、与第二档件分离并与第一挡件相抵即可。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 结构简单、装配容易，可以简化设计、降低加工和装配的难度从而减少设备成本；

2. 采用压电换能器作为驱动源，相比于双晶片驱动的振动送料器可以有效提高振幅，从而提高振动送料器物料输送能力；

3. 采用可替换连接块结构，应对不同物料的运输工况可以通过更换连接块从而调节弹簧片的倾斜角度，拓展装置的应用场景；

4. 通过调节螺栓能够调节第一至第三挡件的位置，进而能够调节送料槽、出料槽、回退槽的宽度。

附图说明

图1是本发明中的结构示意图；

图2是本发明中的第一压电换能器的结构示意图；

图3是本发明中的第一压电换能器的结构的剖面示意图；

图4是本发明压电双晶片未驱动时、驱动时的状态对比示意图。

图中，1-底座，2-第一支架，3-第二支架，4-第一压电换能器，5-第二压电换能器，6-第一弹簧片，7-第二弹簧片，8-第三弹簧片，9-第四弹簧片，10-第一连接块，11-第二连接块，12-顶盘，13-调节螺栓，14-第一挡件，15-第二挡件，16-第三挡件，17-压电双晶片，18-前梁的端部，19-前梁的放大部，20-前梁的根部，21-第二压电单元，22-第一压电单元，23-夹持件，24-后梁，25-预紧螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本发明教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。

如图1所示，本发明公开了一种夹心式压电驱动的直线振动送料装置，包含底座、第一至第四弹簧片、第一至第二连接块、第一至第二压电换能器、第一至第二支架、顶盘、压电双晶片、第一至第三挡件、以及M+N+P个调节螺栓，M、N、P均为大于等于1的自然数；

如图2所示，第一压电换能器、第二压电换能器结构相同，均包含前梁、第一压电单元、夹持件、第二压电单元、后梁和预紧螺栓；

所述前梁包含端部、放大部和根部，其中，所述端部、根部均为圆柱体，端部端面的面积小于根部端面的面积；所述放大部为一端端面形状和端部端面形状相同、另一端端面形状和根部端面形状相同的圆台，且放大部面积较小的一端和端部的一端同轴固连、面积较大的一端和根部的一端同轴固连；所述根部远离放大部的一端端面的中心设有和所述预设螺栓相配合的螺纹盲孔；

所述后梁为横截面和前梁根部端面形状相同的圆柱体，后梁一端端面的中心设有和所述预紧螺栓相配合的沉头通孔；

所述第一压电单元、第二压电单元均包含Q个圆环形的压电陶瓷片，Q为大于等于1的自然数；所述Q个压电陶瓷片依次层叠，均沿厚度方向极化，且相邻压电陶瓷片极化方向相反；

所述夹持件包含夹持部和固定部，所述夹持部和所述压电陶瓷片形状相同，所述固定部通过柔铰和所述夹持部的侧壁相连；

如图3所示，所述第一预紧螺栓从后梁的沉头通孔依次穿过所述后梁、第一压电单元、夹持件的夹持部、第二压电单元后和所述前梁的螺纹盲孔螺纹相连，将后梁、第一压电单元、夹持件、第二压电单元、前梁夹紧并使其同轴；所述第一压电单元的第Q个压电陶瓷片的极化方向和第二压电单元的第1个压电陶瓷片的极化方向相反；

所述顶盘为矩形板；

所述第一至第四弹簧片均为矩形弹簧片，第一、第二弹簧片结构相同，第三、第三弹簧片结构相同；

所述第一、第二弹簧片平行设置，其下端均和所述底座固连，上端分别和所述第一连接块、第二连接块固连；

所述第三、第四弹簧片平行设置，其下端分别和所述第一连接块、第二连接块固连，上端分别和所述顶盘的两端固连，使得顶盘水平设置，且第三弹簧片和水平面之间的夹角不等于90°；

所述第一压电换能器的前梁的端部和所述第一连接块固连，第一压电换能器的夹持件的固定部通过所述第一支架和所述底座固连；所述第二压电换能器的前梁的端部和所述第二连接块固连，第二压电换能器的夹持件的固定部通过所述第二支架和所述底座固连；

所述第一压电换能器的后梁的轴线平行于第二压电换能器的后梁的轴线；

所述调节螺栓包含螺帽和螺柱；

第一挡件、第二挡件、第三挡件的上表面分别设有M个、N个、P个调节凹槽，所述调节凹槽均为和所述顶盘垂直的条形凹槽，且调节凹槽均设有和所述顶盘垂直的条形通槽，所述调节凹槽的宽度大于所述调节螺栓的螺帽的直径，条形通槽的宽度小于调节螺栓的螺帽的直径且大于调节螺栓螺柱的直径；

所述顶盘上表面上设有M+N+P个和所述第一挡件上M个、第二挡件上N个、第三挡件上P个调节凹槽一一对应的定位螺纹盲孔；

所述M+N+P个调节螺栓一一对应从M+N+P个调节凹槽中穿过、和所述M+N+P个定位螺纹盲孔一一对应螺纹相连，将第一挡件、第二挡件、第三挡件固定在所述顶盘上，使得第一挡件和第二挡件之间形成送料槽，第一挡件和第三挡件之间形成出料槽，第二挡件和第三挡件之间形成回退槽；所述回退槽和出料槽之间的夹角为锐角；

所述压电双晶片一端和所述第三挡件固连，另一端和所述第二挡件相抵，用于在非驱动状态下隔阻送料槽和回退槽使得送料槽和出料槽联通，在驱动状态下隔阻送料槽和出料槽使得送料槽和回退槽联通。

所述第一压电换能器、第二压电换能器的前梁上均周向设有若干用于夹持的键。

所述Q优先取2。

本发明还公开了一种该夹心式压电驱动的直线振动送料装置的工作方法，包括以下步骤：

如果需要物料由第一压电换能器朝第二压电换能器方向运输，对第一压电换能器施加正弦交流激励信号U1，对第二压电换能器施加正弦交流激励信号U2，U1、U2频率和电压均相同且存在180°的相位差，激发出第一、第二压电换能器的一阶纵振模态，且振动模态存在180°相位差；此时，第一、第二压电换能器的振动传递给第三、第四弹簧片，诱发出第三、第四弹簧片的往复弯曲振动，进而带动顶盘产生水平和垂直方向位移，使得物料由第一压电换能器朝第二压电换能器方向运输；

如果需要送料槽和回退槽隔阻，送料槽和出料槽联通，不驱动状态压电双晶片即可；

如果需要送料槽和出料槽隔阻，送料槽和回退槽联通，对压电双晶片输入预设的直流电信号，使得压电双晶片弯曲变形、与第二档件分离并与第一挡件相抵即可，如图4所示。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种夹心式压电驱动的直线振动送料装置，其特征在于，包含底座、第一至第四弹簧片、第一至第二连接块、第一至第二压电换能器、第一至第二支架、顶盘、压电双晶片、第一至第三挡件、以及M+N+P个调节螺栓，M、N、P均为大于等于1的自然数；

第一压电换能器、第二压电换能器结构相同，均包含前梁、第一压电单元、夹持件、第二压电单元、后梁和预紧螺栓；

所述前梁包含端部、放大部和根部，其中，所述端部、根部均为圆柱体，端部端面的面积小于根部端面的面积；所述放大部为一端端面形状和端部端面形状相同、另一端端面形状和根部端面形状相同的圆台，且放大部面积较小的一端和端部的一端同轴固连、面积较大的一端和根部的一端同轴固连；所述根部远离放大部的一端端面的中心设有和所述预设螺栓相配合的螺纹盲孔；

所述后梁为横截面和前梁根部端面形状相同的圆柱体，后梁一端端面的中心设有和所述预紧螺栓相配合的沉头通孔；

所述第一压电单元、第二压电单元均包含Q个圆环形的压电陶瓷片，Q为大于等于1的自然数；所述Q个压电陶瓷片依次层叠，均沿厚度方向极化，且相邻压电陶瓷片极化方向相反；

所述夹持件包含夹持部和固定部，所述夹持部和所述压电陶瓷片形状相同，所述固定部通过柔铰和所述夹持部的侧壁相连；

所述第一预紧螺栓从后梁的沉头通孔依次穿过所述后梁、第一压电单元、夹持件的夹持部、第二压电单元后和所述前梁的螺纹盲孔螺纹相连，将后梁、第一压电单元、夹持件、第二压电单元、前梁夹紧并使其同轴；所述第一压电单元的第Q个压电陶瓷片的极化方向和第二压电单元的第1个压电陶瓷片的极化方向相反；

所述顶盘为矩形板；

所述第一至第四弹簧片均为矩形弹簧片，第一、第二弹簧片结构相同，第三、第三弹簧片结构相同；

所述第一、第二弹簧片平行设置，其下端均和所述底座固连，上端分别和所述第一连接块、第二连接块固连；

所述第三、第四弹簧片平行设置，其下端分别和所述第一连接块、第二连接块固连，上端分别和所述顶盘的两端固连，使得顶盘水平设置，且第三弹簧片和水平面之间的夹角不等于90°；

所述第一压电换能器的前梁的端部和所述第一连接块固连，第一压电换能器的夹持件的固定部通过所述第一支架和所述底座固连；所述第二压电换能器的前梁的端部和所述第二连接块固连，第二压电换能器的夹持件的固定部通过所述第二支架和所述底座固连；

所述第一压电换能器的后梁的轴线平行于第二压电换能器的后梁的轴线；

所述调节螺栓包含螺帽和螺柱；

第一挡件、第二挡件、第三挡件的上表面分别设有M个、N个、P个调节凹槽，所述调节凹槽均为和所述顶盘垂直的条形凹槽，且调节凹槽均设有和所述顶盘垂直的条形通槽，所述调节凹槽的宽度大于所述调节螺栓的螺帽的直径，条形通槽的宽度小于调节螺栓的螺帽的直径且大于调节螺栓螺柱的直径；

所述顶盘上表面上设有M+N+P个和所述第一挡件上M个、第二挡件上N个、第三挡件上P个调节凹槽一一对应的定位螺纹盲孔；

所述M+N+P个调节螺栓一一对应从M+N+P个调节凹槽中穿过、和所述M+N+P个定位螺纹盲孔一一对应螺纹相连，将第一挡件、第二挡件、第三挡件固定在所述顶盘上，使得第一挡件和第二挡件之间形成送料槽，第一挡件和第三挡件之间形成出料槽，第二挡件和第三挡件之间形成回退槽；所述回退槽和出料槽之间的夹角为锐角；

所述压电双晶片一端和所述第三挡件固连，另一端和所述第二挡件相抵，用于在非驱动状态下隔阻送料槽和回退槽使得送料槽和出料槽联通，在驱动状态下隔阻送料槽和出料槽使得送料槽和回退槽联通。

2.根据权利要求1所述的夹心式压电驱动的直线振动送料装置，其特征在于，所述第一压电换能器、第二压电换能器的前梁上均周向设有若干用于夹持的键。

3.根据权利要求1所述的夹心式压电驱动的直线振动送料装置，其特征在于，所述Q取2。

4.根据权利要求1所述的夹心式压电驱动的直线振动送料装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

如果需要物料由第一压电换能器朝第二压电换能器方向运输，对第一压电换能器施加正弦交流激励信号U1，对第二压电换能器施加正弦交流激励信号U2，U1、U2频率和电压均相同且存在180°的相位差，激发出第一、第二压电换能器的一阶纵振模态，且振动模态存在180°相位差；此时，第一、第二压电换能器的振动传递给第三、第四弹簧片，诱发出第三、第四弹簧片的往复弯曲振动，进而带动顶盘产生水平和垂直方向位移，使得物料由第一压电换能器朝第二压电换能器方向运输；

如果需要送料槽和回退槽隔阻，送料槽和出料槽联通，不驱动状态压电双晶片即可；

如果需要送料槽和出料槽隔阻，送料槽和回退槽联通，对压电双晶片输入预设的直流电信号，使得压电双晶片弯曲变形、与第二档件分离并与第一挡件相抵即可。

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