CN109894859B - 用于超声换能器的装配装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超声换能器的装配装置，包括底部工作台（2），底部工作台（2）通过固定支柱（1）支撑，底部工作台（1）上通过多根立柱（4）支撑顶部撑板（16），顶部撑板（16）中心开有沉头孔，底部工作台（2）中心开有通孔，该通孔与位于顶部撑板（16）中心的沉头孔同轴；顶部撑板（16）中心的沉头孔处通过螺钉Ⅱ（17）同轴固定活塞杆（12）；活塞杆（12）下端通过卡环（10）、轴套（9）及弹性挡圈（8）安装活塞（11），并位于活动缸体（7）内部。本发明利用液压系统工作平稳施加预紧力稳定、夹具定位准确等优点，克服传统超声换能器装配装置预紧力施加不稳定、装配效率较低和装配换能器型号单一等缺陷和不足。

Description

用于超声换能器的装配装置

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，具体为一种用于超声换能器的装配装置。

背景技术

超声换能器广泛应用于工业、农业、交通运输、生活、医疗及军事等领域，具有广阔的发展前景。超声换能器的装配作为生产过程中重要的一环，发挥着至关重要的作用。目前，在现有的技术中，超声换能器的装配主要有横向装配和纵向装配两种形式。实践表明，由于超声换能器装配装置设计原理所限，存在装配效率不高、预紧力施加不准确且不稳定、装配机构只适用于某种型号的换能器、难以保证同轴度的要求等问题。

为此有必要发明一种全新的超声换能器的装配装置，以解决现有超声换能器的装配技术存在的上述问题。

发明内容

本发明目的在于利用液压系统工作平稳施加预紧力稳定、夹具定位准确等优点，克服传统超声换能器装配装置预紧力施加不稳定、装配效率较低和装配换能器型号单一等缺陷和不足，提供和设计一种结构简单、工作平稳、定位准确、预紧力控制方便、适合各种型号换能器的装配、易于实现自动化的超声换能器装配装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种用于超声换能器的装配装置，由预紧力施加单元和装夹定位单元两部分组成，主要包括：固定立柱、底部工作台、三爪卡盘、立柱、橡胶垫、活动缸体、弹性挡圈、轴套、卡环、活塞、活塞杆、导向套、缸盖、顶部撑板、螺钉、防尘圈、密封圈、辅助套等。其中，预紧力施加单元采用液压油缸结构，由活动缸体、弹性挡圈、轴套、卡环、活塞、活塞杆、导向套、缸盖、防尘圈、密封圈等组成。装夹定位单元采用三爪卡盘结构。

具体为，包括底部工作台，所述底部工作台通过固定支柱支撑，所述底部工作台上通过多根立柱支撑顶部撑板，所述顶部撑板中心开有沉头孔，所述底部工作台中心开有通孔，该通孔与位于顶部撑板中心的沉头孔同轴；所述顶部撑板中心的沉头孔处通过螺钉Ⅱ同轴固定活塞杆；所述活塞杆下端通过卡环、轴套及弹性挡圈安装活塞，并位于活动缸体内部；所述活塞杆上套装有导向套，所述活动缸体的顶部通过螺钉Ⅰ与导向套、缸盖连接；所述导向套和活动缸体之间设有密封圈Ⅱ，所述活塞杆和导向套之间设有密封圈Ⅰ，所述活塞杆和缸盖之间设有防尘圈；所述活动缸体外底部通过环形凹槽安装橡胶垫；所述底部工作台中心与其通孔同轴安装三爪卡盘，所述三爪卡盘定位夹紧预装的超声换能器，所述超声换能器底部通过辅助套位于底部工作台的中心通孔内，所述超声换能器通过活动缸体提供预紧力。

所述活动缸体通过液压系统驱动，所述液压系统包括单向可调变量泵，所述单向可调变量泵进口连接油箱、其出口并接单向阀和溢流阀，所述溢流阀连接油箱，所述单向阀连接二位四通换向阀的P口，所述二位四通换向阀的T口连接油箱，所述二位四通换向阀的A口与活动缸体的上腔油口连接，所述二位四通换向阀的B口通过单向行程调节阀与活动缸体的下腔油口连接。

实施时，底部工作台和顶部撑板均为圆柱形板，立柱焊接在底部工作台和顶部撑板之间，构成整体框架；顶部撑板中心处设有沉头孔，活塞杆通过沉头螺钉固定在撑板上；底部工作台中心有通孔，框架安装完成后顶部撑板沉头孔与底部工作台中心通孔保持同轴；活塞杆下部为阶梯轴，活塞通过卡环、轴套和弹性挡圈与活塞杆连接在一起，活塞的密封采用间隙密封；缸盖、导向套和活动缸体通过螺钉Ⅰ连接在一起；导向套和活动缸体之间、活塞杆和导向套之间，分别设有密封圈，活塞杆和缸盖之间设有防尘圈；活动缸体底部有环形凹槽，橡胶垫通过环形凹槽套设在活动缸体底部；三爪卡盘通过螺栓连接在底部工作台上，且三爪卡盘同底部工作台中心通孔同轴。

本发明装置中：立柱通过焊接的方式连接顶部撑板和底部工作台，在工作过程中，平衡因活动缸体下压产生的拉应力；活塞杆通过螺钉与顶部撑板连接固定，活动缸体设置为可沿活塞杆轴线运动的形式，从而在装配过程中为超声换能器装配提供预紧力；活塞杆和活动缸体的连接采用端盖式连接，缸盖与活塞杆之间套设防尘圈，防止灰尘等进入缸体，影响装置运行；导向套和活动缸体、活塞杆之间分别设有密封圈，防止运行过程中液压油溢出或装置不密封；活塞杆和活塞采用卡环式连接，装拆方便，且适用于本装置这种低速运行的工作状态；活塞和活动缸体之间采用间隙密封，精度高，密封效果好橡胶垫通过活动缸体底部环形凹槽套设在活动缸体上，装配超声换能器时活动缸体运动到超声换能器处，减小对超声换能器的冲击或撞击，避免装配过程中造成的不必要损坏；三爪卡盘通过螺栓连接安装在底部工作台上，卡盘中心和底部工作台通孔中心同轴心，从而保证装配过程中对超声换能器各部分组装后同轴度的要求，且三爪卡盘外接电动机减速机等，可实现自动装夹；辅助套与超声换能器底部接触部分的孔呈45度锥面，恰好与超声换能器底部配合安装，每个辅助套对应一种型号的超声换能器，从而实现对各种型号换能器进行装配；超声换能器压电陶瓷处外接阻抗分析仪，以便达到所需预紧力时，停止加压，保证所需预紧力的准确可控。

本发明设计合理，具有很好的实际应用效果。

附图说明

图1表示超声换能器装配装置的结构图。

图2表示液压系统的控制原理图。

图3表示超声换能器装配装置M处局部放大图。

图4表示超声换能器装配装置N处局部放大图。

图中：1-固定支柱，2-底部工作台，3-三爪卡盘，4-立柱，5-超声换能器，6-橡胶垫，7-活动缸体，8-弹性挡圈，9-轴套，10-卡环，11-活塞，12-活塞杆，13-导向套，14-缸盖，15-螺钉Ⅰ，16-顶部撑板，17-螺钉Ⅱ，18-防尘圈，19-密封圈Ⅰ，20-密封圈Ⅱ，21-上腔，22-下腔，23-辅助套，24-单向可调变量泵，25-单向阀，26-二位四通换向阀，27-单向行程调节阀，28-溢流阀，29-油箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

本发明结构如图1所示，超声换能器装配装置主要由预紧力施加单元和装夹定位单元两部分组成，包括固定支柱1、底部工作台2、三爪卡盘3、立柱4、超声换能器5、橡胶垫6、活动缸体7、弹性挡圈8、轴套9、卡环10、活塞11、活塞杆12、导向套13、缸盖14、螺钉Ⅰ15、顶部撑板16、螺钉Ⅱ17、防尘圈18、密封圈Ⅰ19、密封圈Ⅱ20、上腔21、下腔22、辅助套23等。

固定支柱1位于底部工作台2下方，与底部工作台2通过螺栓连接在一起。

固定支柱1将超声换能器的装配装置固定在工作台上，固定支柱1的高度应保证拧紧螺母时的工作空间需要。

底部工作台2和顶部撑板16均为直径相同的圆柱形板。

顶部撑板16中心处设有沉头孔，底部工作台2中心有通孔。

多根立柱4焊接在底部工作台2和顶部撑板16之间，焊接时要保证顶部撑板16的中心沉头孔、底部工作台2中心通孔同轴，同时保证立柱4轴线与顶部撑板16的中心沉头孔轴、底部工作台2中心通孔轴线平行，以及保证立柱4轴线与顶部撑板16表面、底部工作台2表面垂直。

立柱4的根数与装配所需预紧力有关，便于稳定最少采用三根立柱。立柱4的长度应与装配时轴向长度相适应。

立柱4、顶部撑板16和底部工作台2构成整体框架。

三爪卡盘3的卡盘体通过螺栓固定在底部工作台2上，且三爪卡盘3同底部工作台2通孔同轴。

活塞杆12上端通过螺钉Ⅱ17固定在顶部撑板16的底面上，要求活塞杆12与顶部撑板16的中心沉头孔、底部工作台2中心通孔同轴。

活塞杆12下部为阶梯轴结构，活塞11通过卡环10、轴套9和弹性挡圈8与活塞杆12下端连接在一起。

活塞杆12、活塞11、卡环10、轴套9和弹性挡圈8位于活动缸体7内部，活塞11与活动缸体7之间采用间隙密封。

导向套13装于活塞杆12的外侧面。

活动缸体7的顶部与导向套13、缸盖14通过螺钉Ⅰ15连接在一起。

导向套13和活动缸体7之间设有密封圈Ⅱ20，活塞杆12和导向套13之间，设有密封圈Ⅰ19，活塞杆12和缸盖14之间设有防尘圈20。

活动缸体7外底部有环形凹槽，橡胶垫6通过环形凹槽套设在活动缸体7底部。

上腔21为活塞杆12外表面、活动缸体7的内侧面、导向套13下端面、活塞11的上表面围成的密闭空间。

下腔22为活动缸体7的内侧面、活动缸体7的内底面、活塞11的下表面等围成的密闭空间。

结构中，底部工作台2和顶部撑板16均为圆柱形板，立柱4通过焊接的方式连接底部工作台2和顶部撑板16，极大减小整体框架的体积，且立柱4在工作过程中分担了底部工作台2和顶部撑板16所受的拉应力，减小了底部工作台2和顶部撑板16的变形，保证了底部工作台2和顶部撑板16的平行度、顶部撑板16的中心沉头孔、底部工作台2中心通孔的同轴度；活塞11和活塞杆12采用卡环型方式连接，装拆方便；辅助套23直接套设在超声换能器底部，每种辅助套23对应每个型号的换能器，三爪卡盘3通过螺栓连接安装在底部工作台2上且与其同轴心，工作状态下三爪卡盘3定位夹紧预装的超声换能器5，保证了装配时同轴度的要求，使装配结构更加紧凑。

本发明主要具有如下优点：

（1）、立柱通过焊接的方式连接顶部撑板和底部工作台，在工作过程中，平衡因活动缸体下压产生的拉应力。

（2）、活塞杆通过螺钉连接固定在顶部撑板上，液压油缸体设置为可沿轴线上下运动的形式，从而在装配过程中为超声换能器装配提供预紧力。

（3）、橡胶垫通过活动缸体上环形凹槽套设在活动缸体底部，装配超声换能器时活动缸体运动到超声换能器处，减小对超声换能器的冲击或撞击，避免装配过程中造成的损坏。

（4）、辅助套与超声换能器底部接触部分的孔呈45度锥面，恰好与超声换能器底部配合安装，每个辅助套对应一种型号的超声换能器，从而实现对各种型号换能器进行装配。

如图2所示，液压系统的控制系统包括：单向可调变量泵24、单向阀25、二位四通换向阀26、单向行程调节阀27、溢流阀28、油箱29等。

活动缸体7通过液压系统驱动，单向可调变量泵24进口连接油箱29、其出口并接单向阀25和溢流阀28，溢流阀28连接油箱29，单向阀25连接二位四通换向阀26的P口，二位四通换向阀26的T口连接油箱29，二位四通换向阀26的A口与活动缸体7的上腔21油口连接，二位四通换向阀26的B口通过单向行程调节阀27与活动缸体7的下腔22油口连接。

本发明的超声换能器装配装置的工作原理如下：

装配准备阶段，二位四通换向阀26左位工作，单向可调变量泵24通过单向阀25、二位四通换向阀26左位，控制液压油缸上腔21进油，下腔22出油，使活动缸体7上升到预设的高度，活动缸体7行程通过单向行程调节阀27调节；装配阶段，将预装好（未预紧）的超声换能器5底部套设辅助套23后放置于底部工作台2的中心通孔上，三爪卡盘3的活动卡爪在电动机的带动下对换能器5底部进行定位夹紧，然后二位四通换向阀26右位工作，液压油缸下腔22进油，上腔21出油，活动缸体7向下运动，对换能器施加预紧力，换能器压电陶瓷片电极外接阻抗分析仪，当达到合适阻抗，活动缸体7停止运动，此时用扳手从底部通孔拧紧螺母；装配结束阶段，二位四通换向阀26左位工作，液压油缸上腔21进油，下腔22出油，活动缸体7向上运动到预设位置，三爪卡盘3在电动机的带动下活动卡爪松开，取出超声换能器5，取下辅助套23，完成整个装配过程。单向行程调节阀27用于预设上升行程，溢流阀28起安全保护作用。

本发明技术方案带来的有益效果如下：

（1）、本发明装置改进普通液压油缸的结构，使活塞杆固定，缸体运动，将缸体向下运动作为动力源，实现对超声换能器施加预紧力，工作原理简单，且施加压力可调，解决了预紧力施加不稳定，保证了超声换能器装配各组件的同轴度的要求。

（2）、本发明装置中夹具采用三爪卡盘，定心准确，夹紧方便，超声换能器底部下设的辅助套，适用于各种型号换能器的装配，预紧力施加通过液压系统控制，夹具的工作通过电动机等的控制，极大缩短了装配所需的时间，大大提高了整个超声换能器装配的效率，且易于实现自动化。

（3）、本发明基于三爪卡盘对超声换能器进行定位夹紧，活动的液压油缸缸体沿轴线做运动，在保证各部分同轴度的基础上，对超声换能器施加所需预紧力，从而实现对超声换能器装配的过程。本发明的装置不仅预紧力施加准确，能够很好地保证装配过程中各部件同轴度的要求，而且装配效率高，易于实现自动化，在智能制造方面具有广阔的应用前景。

本发明装置实际制备时注意如下：

（1）、底部工作台与顶部撑板通过立柱焊接的方式连接起来构成整体框架，焊接时需保证底部工作台与顶部撑板之间的平行度、底部工作台与顶部撑板与立柱之间的垂直度要求。

（2）、底部工作台的通孔、顶部撑板的螺纹孔在立柱焊接完成构成框架后必须保证同轴度，且整个装置组装完成后，固定活塞杆、活动缸体、三爪卡盘中心必须在同一条轴线上。

（3）、固定支柱将超声换能器装配装置固定在工作台上，且固定支柱的高度应保证拧紧螺母时的工作空间需要。

（4）、与相应型号配合的超声换能器的辅助套以面接触的方式承受工作时所产生的压力。

以上具体实施例仅对本发明做示例性的说明，该实施案例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，任何以本发明为基础解决基本相同的技术问题，或实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，均属于本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种用于超声换能器的装配装置，其特征在于：包括底部工作台（2），所述底部工作台（2）通过固定支柱（1）支撑，所述底部工作台（2）上通过多根立柱（4）支撑顶部撑板（16），所述顶部撑板（16）中心开有沉头孔，所述底部工作台（2）中心开有通孔，该通孔与位于顶部撑板（16）中心的沉头孔同轴；所述顶部撑板（16）中心的沉头孔处通过螺钉Ⅱ（17）同轴固定活塞杆（12）；所述活塞杆（12）下端通过卡环（10）、轴套（9）及弹性挡圈（8）安装活塞（11），并位于活动缸体（7）内部；所述活塞杆（12）上套装有导向套（13），所述活动缸体（7）的顶部通过螺钉Ⅰ（15）与导向套（13）、缸盖（14）连接；所述导向套（13）和活动缸体（7）之间设有密封圈Ⅱ（20），所述活塞杆（12）和导向套（13）之间设有密封圈Ⅰ（19），所述活塞杆（12）和缸盖（14）之间设有防尘圈（18）；所述活动缸体（7）外底部通过环形凹槽安装橡胶垫（6）；所述底部工作台（2）中心与其通孔同轴安装三爪卡盘（3），所述三爪卡盘（3）定位夹紧预装的超声换能器（5），所述超声换能器（5）底部通过辅助套（23）位于底部工作台（2）的中心通孔内，所述超声换能器（5）通过活动缸体（7）提供预紧力；

所述活动缸体（7）通过液压系统驱动，所述液压系统包括单向可调变量泵（24），所述单向可调变量泵（24）进口连接油箱（29）、其出口并接单向阀（25）和溢流阀（28），所述溢流阀（28）连接油箱（29），所述单向阀（25）连接二位四通换向阀（26）的P口，所述二位四通换向阀（26）的T口连接油箱（29），所述二位四通换向阀（26）的A口与活动缸体（7）的上腔（21）油口连接，所述二位四通换向阀（26）的B口通过单向行程调节阀（27）与活动缸体（7）的下腔（22）油口连接；

装配准备阶段，二位四通换向阀（26）左位工作，单向可调变量泵（24）通过单向阀（25）、二位四通换向阀（26）左位，控制液压油缸上腔（21）进油，下腔（22）出油，使活动缸体（7）上升到预设的高度，活动缸体（7）行程通过单向行程调节阀（27）调节；装配阶段，将预装好的超声换能器（5）底部套设辅助套（23）后放置于底部工作台（2）的中心通孔上，三爪卡盘（3）的活动卡爪在电动机的带动下对换能器（5）底部进行定位夹紧，然后二位四通换向阀（26）右位工作，液压油缸下腔（22）进油，上腔（21）出油，活动缸体（7）向下运动，对换能器施加预紧力，换能器压电陶瓷片电极外接阻抗分析仪，当达到合适阻抗，活动缸体（7）停止运动，此时用扳手从底部通孔拧紧螺母；装配结束阶段，二位四通换向阀（26）左位工作，液压油缸上腔（21）进油，下腔（22）出油，活动缸体（7）向上运动到预设位置，三爪卡盘（3）在电动机的带动下活动卡爪松开，取出超声换能器（5），取下辅助套（23），完成整个装配过程。

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