压电式振动给料器驱动部件的力学分析.pdf

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1、设计与研究DesignandResearch压电式振动给料器驱动部件的力学分析谭晓东张坤(大连交通大学，辽宁大连116028)摘要：利用ANSYS软件分析了压电式振动给料器驱动部分，提取了固有频率和应力分析图，计算得出了幅频特性曲线。研究共振弹簧与系统共振频率之间的关系，找出了振动料斗的共振频率范围，为更好的自动化控制提供理论依据。关键词：压电振动给料器压电振子共振频率MechanicalAnalysisoftheDrivenPartsofPiezoelectricVibrationFeederTANXiaodong，ZHANGKun(DalianJiaotong

2、University，Dalian116028，CHN)Abstract：UsingANSYSsoftwaretoanalyzesthedrivenpansofpiezoelectricvibration~eder，extractedtheintrinsic~equencyandstressanalysis，calculatedtheamplitude—frequencycharacteristiccurve．Studytherela·tionshipbetweenthespringsystemandresonance~equeney，identifytheres

3、onance~equeneyrange，andprovidethebettertheoryforautomaticcontro1．Keywords：PiezoelectricVibrationFeeder；PiezoelectricVibrator；ResonanceFrequency360。内均匀排布，起支撑与驱动的作用。其结构示意1整体机械结构图如图1所示。压电振动给料器主要由以下几个部分组成：料斗、其工作原理：在双压电晶片振子上施加正弦交流驱动部分(包括双压电晶片振子和共振弹簧)、支撑部电，随之压电双晶片产生周期性简谐振动，并伴有周期分(包括支撑用的基板和共

4、振弹簧)、底座、减震装置性激振力。板弹簧与减振弹簧产生弹性变形，带动料等几个主要部分。共有三组压电双晶片，在水平斗和底座绕其轴线做相互反向的同步扭转运动，同时在竖直方向也有上下微幅振动。当激励电压减小时，由于板弹簧储存了足够的弹性变形能，迫使料斗急剧改变运动方向J。如此上下循环往复，即形成高频微幅振动2压电式振动给料器驱动部分设计压电式振动给料器驱动部分主要是由以下几个部分组成的：用于支撑的基板、用于放大振幅的共振弹簧及振动源——双压电晶片振子组成。其驱动部件结构见图2。基板。主要用于联接共振簧片与底座，同时可增加系统的刚度。支撑用的基板材料为65Mn的弹簧钢。其

5、结构和尺寸见图3。其中Z=110mm，b=601一料斗；2一共振弹簧；3一压电片；4一基板ITIB，t=2mm。5一底座；6一支座；7～梯形块。图1压电式振动给料器结构示意图双压电晶片振子。是压电式振动给料器的驱动辽宁省基金，基金号为：20071075、￡ulu平峁O卅lgnandResea『ch设计与研究源，它是压电式振动给料器的核心部分。其结构和尺65Mn的弹簧钢的性能为：弹性模量E=2．06xlO“寸大小决定了给料器的形状和Pa，泊松比=0．3，密度p=7．85x10kg／mE61。大小，同时其性能也决定了压3压电式振动给料器驱动部件的ANSYS分电式振动给

6、料器能否正常稳析定的工作j。本论文中选用了PZT4压电陶瓷晶片。将两3．1压电逆效应片压电陶瓷晶片，分别粘接在双压电晶片的电场分布是均匀的，且垂直于长度基板的两侧，其极化方向相同。方向。此时在施加正弦电压，产生的激振力是按简谐将一条导线焊接在压电陶瓷晶1一共振弹簧；2一压电片运动规律周期变化。3一基板。片的两表面，接电源的正极，另设：Vosino~t，则激振力使梁末端产生的位移大一条导线接地。其结构和尺寸图2驱动部件小为见图3，其中0=68．5lllm，b=4a7T，d3160mm，m—t：1mill(m-t是压电片厚度)，压电常数d。=186xl0C／N，杨氏模

7、量l，=6．2xl0mPa，泊松比式中：为双压电晶片末端位移；tO为激振角频率；=O．3，密度p=7．5xlOkg／m。。为激振电压幅值；t为时间；f为双晶片悬臂长度；。为压电双晶片长度；为压电材料的压电常数；V为施加的激振电压。——、压电片在长度方向的伸缩将受到中间金属片的限—一-0制，应该选择特殊材料形状的金属片。要求金属片和压电陶瓷的线膨胀系数要尽量保持一致，以便增大压．—．_、／(二=电双晶片的偏转位移。本文选择的是弹簧钢llI．II(65Mn)，此时激振力的值可用下面公式求得[7^TSF=1[73d3J-YV(、2)1U图3双压电晶片振子式中双晶片的杨氏

8、模量由于双