CN210029249U - 可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置，它包括外部框架、超声振动机构、固定横板、托板、半圆式传输板和半圆式反射板，通过四个换能器与作为辐射面的半圆式传输板相连，在多维激励信号的驱动下换能器带动辐射面传输板产生振动，从而在传输板和反射板之间产生驻波声场，将物体悬浮于声压节点，通过调整四个换能器振动相位差，可以实现悬浮物沿着传输板的方向传输，通过四个换能器的激励可以实现长距离的传输；只要将换能器连接在传输板的两端，半圆式传输板的长度可任意调节，从而实现不同距离的传输；本实用新型脱离了传统的平板式，改善提升了大负载物体传输时系统不稳定，传输距离短，效率较低的问题，充分发挥了超声悬浮传输的优势。

Description

可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置

技术领域：

本实用新型涉及一种超声驻波悬浮及传输领域，特别是涉及一种可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置。

背景技术：

随着现代技术的发展，超声加工技术也慢慢普及，由于超声悬浮是利用超声声场的一种非线性现象，借助声辐射力以实现将物体悬浮于势阱点处。超声悬浮传输实现了非接触式传输，摆脱了金属材料的约束，通过主动调节激励参数改变声场分布，使势阱点在声场中定向移动，从而实现对物体的传输；超声悬浮传输技术具有微重力、无接触、无容器、非金属的实验条件，为各行业的空间非接触实验提供了一个稳定、均匀、无污染的理想实验环境；但传统装置无法实现长距离传输，且基本应用于小负载物体的传输，大负载物体传输时系统不稳定，效率较低，不利于充分发挥超声悬浮的优势，当前急需一种可实现大负载长距离传输的超声悬浮装置。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、调整方便、提高悬浮物传递时效率的可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置。

本实用新型的技术方案是：

一种可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置，包括外部框架、超声振动机构和超声电源，其特征是：所述外部框架由一个底板和两个侧板构成，两个所述侧板的上部设置有半圆式反射板，两个所述侧板的下部设置两个固定横板，两个所述固定横板位于所述半圆式反射板的两侧且相互垂直，每一所述固定横板的两端分别设置有超声振动机构，两个所述固定横板上的四个所述超声振动机构两两相对，四个所述超声振动机构的上端分别设置一个托板，四个所述托板分别半圆式传输板的下表面接触，所述半圆式传输板与所述半圆式反射板相对应，形成一个空心柱状结构，所述超声振动机构与所述超声电源连接。

所述超声振动机构包括超声换能器、法兰和超声变幅杆，所述固定横板上均左右对称设置两个变幅杆安装口和法兰定位槽，所述法兰定位槽底部开设四个均布内螺纹孔，所述法兰分别间隙配合在所述法兰定位槽内，并通过沉头螺栓预紧；所述超声变幅杆与超声换能器采用一体式设计，有效缩短了振动装置的轴向尺寸。

所述超声变幅杆包括一级变幅杆、法兰和二级变幅杆，其结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，并在变幅杆节点处上设置法兰盘；在一级变幅杆大端处开设内螺纹孔，利用高强度外六方螺栓将反射端、压电陶瓷片、铜电极及变幅杆进行螺纹连接；在二级变幅杆小端处开设内螺纹孔，以便所述托板和所述半圆式传输板与所述超声变幅杆的固定连接。

所述超声换能器包括压电陶瓷片、铜电极及反射端，对压电陶瓷片、铜电极及反射端进行夹心式设计，其结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，并将各接触面、圆周面进行精加工，达到粗糙度及跳动要求；使相邻压电陶瓷片纵向极化方向相反，压电陶瓷片净化后采用专用粘合剂粘合，并进行老化处理；在超声激励信号驱动下，换能器带动辐射面传输板产生振动，从而在传输板和反射板之间产生驻波声场，将物体悬浮于声压节点，且通过调整四个换能器振动相位差，可以实现悬浮物沿着传输板的方向传输。

所述外部框架采用工字形底座，其上端设置有四个高度调整槽,用于所述半圆式反射板的高度调整与固定；设置两个前后对称且相互垂直的所述固定横板，以使对称设置的超声振动机构形成90度夹角。

所述超声电源将低频电流转化为高频电流，整个传输装置采用四台超声电源，分别激励四个超声振动机构，且四台电源的相位差可任意调节，超声电源输出信号的频率不小于20kHz，电压为220V。

所述托板呈四分之一圆弧，并采用四个对称的托板与半圆式传输板紧密接触，以使声波有效传递；所述半圆式传输板和半圆式反射板同轴安装构成圆柱，使驻波悬浮更加稳定。

所述半圆式传输板和半圆式反射板材料均采用铝合金，其内表面进行镜面处理，且半圆式反射板四角各设置一个锁紧槽，通过螺栓滑动连接于外部框架上端的高度调整槽内。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型突破了传统驻波悬浮传输距离短的问题，通过对四个换能器激励以及利用及圆柱形传输通道可以实现长距离的传输，并且悬浮力大大提升，实现了较大规模的悬浮物的传输，同时也提高了悬浮物的稳定性。

2、本实用新型通过四个换能器与作为辐射面的半圆式传输板相连，在激励信号的驱动下换能器带动辐射面传输板产生振动，从而在传输板和反射板之间产生驻波声场，将物体悬浮于声压节点，通过调整四个换能器振动相位差，可以实现悬浮物沿着传输板的方向传输。

3、本实用新型实现了传输板与换能器的分离，传输板与换能器之间通过沉头螺栓连接，传输板的长度可以随意调节，只要将换能器连接在传输板的两端即可。

4、本实用新型超声振动机构中的各接触面均进行研磨抛光处理，以使其紧密贴合，减少声波损耗，避免发热现象，极大地提高了悬浮物传递时的效率。

5、本实用新型装置利用四台超声电源提供能量，超声电源输出信号的频率不小于20kHz，电压为220V，与传统激励方式相比，电源功率增大，且相位差调节更加准确和方便，同时系统的稳定性极大提高。

附图说明：

图1为可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置结构示意图；

图2为可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置剖面结构示意图；

图3为外部框架结构示意图；

图4为换能器结构示意图；

图5为换能器剖视图结构示意图；

图6固定横板结构示意图；

图7托板结构示意图；

图8半圆式传输板结构示意图；

图9半圆式反射板结构示意图。

具体实施方式：

实施例：参见图1-图9，图中，1-外部框架，2-超声换能器，3-固定横板，4-超声变幅杆，5-托板，6-半圆式传输板，7-半圆式反射板，8-高度调整槽，9-反射端，10-压电陶瓷片，11-高强度外六方螺栓，12-法兰定位槽，13-一级变幅杆，14-二级变幅杆，15-法兰，16-锁紧槽。

可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置，其技术方案是：超声悬浮传输装置包括外部框架、超声振动机构、固定横板、托板、半圆式传输板和半圆式反射板，超声电源。

外部框架1和固定横板3，外部框架采用工字形底座，其上端设置有四个高度调整槽8,用于半圆式反射板6的高度调整与固定；设置两个前后对称且相互垂直的固定横板4，以使对称设置的超声变幅杆4形成90度夹角。

固定横板3上均左右对称设置两个变幅杆安装口和法兰定位槽12，法兰定位槽12底部开设四个均布内螺纹孔，以便法兰15的定位与安装固定。

超声振动机构，包括超声换能器2、法兰15和超声变幅杆4，超声悬浮传输装置的传输始端和末端均对称设置两个超声振动机构，并将法兰15分别间隙配合在四个固定横板3上的法兰定位槽12内，并通过沉头螺栓预紧；超声变幅杆4与超声换能器2进行一体式设计，有效缩短了振动装置轴向尺寸。

超声电源将低频电流转化为高频电流，整个传输装置采用四台超声电源，分别激励四个超声振动机构，且四台电源的相位差可任意调节。超声电源输出信号的频率不小于20kHz，电压为220V。

超声换能器2包括压电陶瓷片10、铜电极及反射端9，对压电陶瓷片10、铜电极及反射端9进行夹心式设计，其结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，并将各接触面、圆周面进行精加工，达到粗糙度及跳动要求；使相邻压电陶瓷片10纵向极化方向相反，压电陶瓷片10净化后采用专用粘合剂粘合，并进行老化处理；在超声激励信号驱动下，换能器2带动辐射面传输板6产生振动，从而在传输板6和反射板7之间产生驻波声场，将物体悬浮于声压节点，且通过调整四个换能器2振动相位差，可以实现悬浮物沿着传输板6的方向传输。

超声变幅杆4包括一级变幅杆13，二级变幅杆14，法兰15，其结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，结合有限元模态分析和谐响应分析，通过修正法兰盘15节点位置、大端小端长度、等结构参数，优化几何模型；在一级变幅杆13大端处开设内螺纹孔，利用高强度外六方螺栓11将反射端9、压电陶瓷片10、铜电极及超声变幅杆4进行螺纹连接；在二级变幅杆14小端处开设内螺纹孔，以便托板5和半圆式传输板6与超声变幅杆4的固定连接。

托板5、半圆式传输板6和半圆式反射板7，托板5呈四分之一圆弧，并采用四个对称的托板5与半圆式传输板6紧密接触，以使声波有效传递；半圆式传输板6和半圆式反射板7同轴安装构成圆柱，使驻波悬浮更加稳定。

半圆式传输板6和半圆式反射板7均采用铝合金，其内表面进行镜面处理，且半圆式反射板7四角各设置一个锁紧槽16，通过螺栓滑动连接与外部框架1上端的高度调整槽8内。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置，包括外部框架、超声振动机构和超声电源，其特征是：所述外部框架由一个底板和两个侧板构成，两个所述侧板的上部设置有半圆式反射板，两个所述侧板的下部设置两个固定横板，两个所述固定横板位于所述半圆式反射板的两侧且相互垂直，每一所述固定横板的两端分别设置有超声振动机构，两个所述固定横板上的四个所述超声振动机构两两相对，四个所述超声振动机构的上端分别设置一个托板，四个所述托板分别半圆式传输板的下表面接触，所述半圆式传输板与所述半圆式反射板相对应，形成一个空心柱状结构，所述超声振动机构与所述超声电源连接。

2.根据权利要求1所述的可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置，其特征是：所述超声振动机构包括超声换能器、法兰和超声变幅杆，所述固定横板上均左右对称设置两个变幅杆安装口和法兰定位槽，所述法兰定位槽底部开设四个均布内螺纹孔，所述法兰分别间隙配合在所述法兰定位槽内，并通过沉头螺栓预紧；所述超声变幅杆与超声换能器采用一体式设计，有效缩短了振动装置的轴向尺寸。

3.根据权利要求2所述的可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置，其特征是：所述超声变幅杆包括一级变幅杆、法兰和二级变幅杆，其结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，并在变幅杆节点处上设置法兰盘；在一级变幅杆大端处开设内螺纹孔，利用高强度外六方螺栓将反射端、压电陶瓷片、铜电极及变幅杆进行螺纹连接；在二级变幅杆小端处开设内螺纹孔，以便所述托板和所述半圆式传输板与所述超声变幅杆的固定连接。

4.根据权利要求2所述的可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置，其特征是：所述超声换能器包括压电陶瓷片、铜电极及反射端，对压电陶瓷片、铜电极及反射端进行夹心式设计，其结构尺寸满足“四分之一波长”设计要求，并将各接触面、圆周面进行精加工，达到粗糙度及跳动要求；使相邻压电陶瓷片纵向极化方向相反，压电陶瓷片净化后采用专用粘合剂粘合，并进行老化处理；在超声激励信号驱动下，换能器带动辐射面传输板产生振动，从而在传输板和反射板之间产生驻波声场，将物体悬浮于声压节点，且通过调整四个换能器振动相位差，可以实现悬浮物沿着传输板的方向传输。

5.根据权利要求1所述的可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置，其特征是：所述外部框架采用工字形底座，其上端设置有四个高度调整槽,用于所述半圆式反射板的高度调整与固定；设置两个前后对称且相互垂直的所述固定横板，以使对称设置的超声振动机构形成90度夹角。

6.根据权利要求1所述的可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置，其特征是：所述超声电源将低频电流转化为高频电流，整个传输装置采用四台超声电源，分别激励四个超声振动机构，且四台电源的相位差可任意调节，超声电源输出信号的频率不小于20kHz，电压为220V。

7.根据权利要求1所述的可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置，其特征是：所述托板呈四分之一圆弧，并采用四个对称的托板与半圆式传输板紧密接触，以使声波有效传递；所述半圆式传输板和半圆式反射板同轴安装构成圆柱，使驻波悬浮更加稳定。

8.根据权利要求1所述的可实现多激励大负载的超声悬浮传输装置，其特征是：所述半圆式传输板和半圆式反射板材料均采用铝合金，其内表面进行镜面处理，且半圆式反射板四角各设置一个锁紧槽，通过螺栓滑动连接于外部框架上端的高度调整槽内。

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