一种旋转振动耦合搅拌装置

1.本实用新型属于金属半固态加工成型技术领域，特别涉及一种旋转振动耦合搅拌装置。


背景技术：

2.目前经过近五十年的发展与探索，新型铝合金浆料半固态成形技术已经从理论探索时代进入到了工业应用阶段。但在半固态金属成形过程中，如何获得晶粒均匀、球形度高的半固态金属浆料，成为半固态加工工艺的重点问题。目前半固态金属材料的制备方法中的机械搅拌法，装置简单而且可以控制过程参数，例如搅拌温度、搅拌速度和冷却速度，但同时也存在相应的局限性,容易的产生空气混入等缺陷，其次搅拌机和合金熔体直接接触，容易发生污染，并且搅拌器和容器之间存在搅拌死区，使得搅拌不够充分，影响搅拌质量。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种旋转振动耦合搅拌装置，以解决上述问题。
4.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种旋转振动耦合搅拌装置，包括第一动力系统、搅拌振动装置、搅拌盘内层搅拌装置、料桶、搅拌旋转振动装置、料桶旋转振动装置、第二动力系统和支架；第一动力系统设置在支架的顶部，第一动力系统的输出端连接搅拌振动装置，搅拌振动装置的下方连接搅拌旋转振动装置，料桶设置在搅拌振动装置的下方，且搅拌旋转振动装置位于料桶内；搅拌盘内层搅拌装置设置在搅拌旋转振动装置底部中心处；料桶设置在料桶旋转振动装置上，第二动力系统设置在支架的底部，第二动力系统输出端连接料桶旋转振动装置。
6.进一步的，搅拌振动装置包括主传动轴、轴向移动式滚动轴承、圆柱凸轮连接轴承、圆柱凸轮、固定滑块、滑键、搅拌振动装置壳体、连接轴和刚性联轴器；主传动轴的上端连接第一动力系统，主传动轴的下端连接刚性联轴器；主传动轴上自上而下依次设置轴向移动式滚动轴承、圆柱凸轮连接轴承和圆柱凸轮；壳搅拌振动装置壳体与圆柱凸轮通过固定滑块连接，圆柱凸轮输出端又通过滑键和连接轴与搅拌振动装置壳体连接。
7.进一步的，搅拌旋转振动装置包括传动轴、桁架、太阳轮、滑槽桁架、偏心孔圆盘、行星轮、搅拌杆滑轨和搅拌杆；传动轴通过刚性联轴器与搅拌振动装置相连接；滑槽桁架、太阳轮、搅拌杆滑轨均通过套筒和键连接在传动轴上；桁架通过螺钉固定在滑槽桁架上，桁架和太阳轮之间设置有若干行星轮，行星轮上下表面均设置有偏心孔圆盘，滑槽桁架内以及搅拌杆滑轨内设置有滑块，滑块通过销轴连接在偏心孔圆盘上，搅拌杆滑轨内的滑块均连接有搅拌杆。
8.进一步的，搅拌盘内层搅拌装置包括弹性垫圈、斜盘盘体、偏心轴、空心搅拌杆和搅拌杆端盖；空心搅拌杆通过螺钉固定在斜盘盘体上，连接处安装有弹性垫圈；斜盘盘体通过键连接与搅拌旋转振动装置的传动轴连接；空心搅拌杆内部安装有偏心轴；搅拌杆端盖设置在空心搅拌杆的端部。
9.进一步的，包括过滤板、螺旋冷却管、料桶底座、偏心旋转盘、出料装置、轴承和料桶支撑板；料桶内底部设置有过滤板，过滤板和料桶底板之间设置有螺旋冷却管，料桶外底部设置料桶底座，料桶底座底部设置偏心旋转盘和出料装置；第二动力系统连接料桶旋转机构，料桶旋转机构上设置料桶支撑板，偏心旋转盘设置在料桶支撑板上。
10.进一步的，料桶旋转机构包括料桶旋转轴、底板支撑杆、弹性联轴器、从动锥齿轮、；偏心旋转盘与料桶旋转轴通过键连接在一起，料桶旋转轴另一端通过弹性联轴器与第二动力系统相连，料桶支撑板两端通过轴和弹簧连接在支架上，中间部位通过底板支撑杆支撑；底板支撑杆一端与料桶支撑板相连，另一端与从动锥齿轮偏心连接。
11.进一步的，第二动力系统包括主动轴、主动锥齿轮和电机，电机电机轴上安装有锥齿轮，双联锥齿轮一端与电机上的锥齿轮相啮合，另一端通过键与主动轴相连接，主动轴带动锥齿轮旋转，从动锥齿轮安装在双联锥齿轮的两侧，从动锥齿轮一侧与双联锥齿轮啮合，一侧与底板支撑杆偏心连接，主动轴通过弹性联轴器与料桶旋转轴相连接，料桶旋转轴与偏心旋转盘相连接，同时偏心旋转盘安装在料桶底座上，在料桶旋转轴的转动下带动偏心旋转盘的旋转；第二动力系统和第一动力系统结构相同。
12.与现有技术相比，本实用新型有以下技术效果：
13.本实用新型一种旋转振动耦合搅拌装置，搅拌振动装置可以使搅拌杆在搅拌的同时实现y方向的往复运动，从而产生轴向剪切力；搅拌旋转振动装置使搅拌杆浆料中进行搅拌时，在x方向产生往复行动，形成径向剪切力：料桶旋转振动装置可以带动料桶旋转的同时在x和y方向产生往复运动，令浆料整体旋转振动，在此三个装置的共同作用下，在局部与整体的有机结合下，使得浆料搅拌的更加彻底，提高了制备金属及合金的半固态浆料的效率和质量。
14.旋转振动装置采用了一轴传动，利用圆柱凸轮的特点实现了搅拌旋转振动装置的y 方向振动，利用行星轮系装置实现了搅拌棒的x方向振动。
15.搅拌系统采用内外双层搅拌，外层使用行星轮系偏心设置搅拌杆，可以实现搅拌杆的自转、公转和x方向的振动；内层使用斜盘配合偏心搅拌杆,实现了内层搅拌杆的谐振运动和振荡运动。
16.料桶在结构上采用了保温层的设计，保温层上设有冷却水管路和加热线圈，可以控制浆料温度，令其保持在半固态温度区间，使得浆料制备更加顺利、快速。
17.料桶旋转振动装置采用了锥齿轮的啮合原理、曲柄滑块原理以及偏心旋转运动原理，其中锥齿轮自转结合曲柄，实现料桶的旋转运动与y方向上的往复运动；其中偏心旋转运动机理实现料桶的x方向往复运动。
18.综上，将旋转搅拌法与机械振动法相结合，同时对料桶也进行旋转振动设计，与搅拌部分有机结合起来，使得搅拌更加充分更加彻底。
附图说明
19.图1为本实用新型的剖面整体示意图；
20.图2为本实用新型的搅拌振动装置示意图；
21.图3为本实用新型的搅拌旋转振动装置示意图，其中(a)为立体图，(b)为剖视图；
22.图4为本实用新型的搅拌盘内层搅拌装置示意图；
23.图5为本实用新型的料桶旋转振动装置示意图；
具体实施方式
24.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
25.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.请参阅图1，本实用新型一种旋转振动耦合搅拌装置，整体装置分为10部分，包括第一动力系统1，熔炼炉2，料桶3，搅拌振动装置4，搅拌盘内层搅拌装置5，搅拌旋转振动装置6，冷却装置7，料桶旋转振动装置8，第二动力系统9，及支架10。第一动力系统1设置在支架10的顶部，与搅拌振动装置4连接用于提供动力，搅拌振动装置4设置在料桶3的上方，搅拌振动装置4通过刚性联轴器连接搅拌旋转振动装置，从而实现搅拌杆的旋转以及x、y两方向的振动，用于对料桶3内的半固态浆料进行旋转搅拌和振动处理，熔炼炉2设置在料桶3的侧上方，通过进料口与料桶3上开的进料口连接，料桶3 设置有加热与冷却系统，金属或者合金熔液经进料口进入料桶3内进行加工处理，料桶3 设置在搅拌振动装置4的下方，搅拌振动装置4设置在支架10上，搅拌振动装置4与第一动力系统1连接，第一动力系统1用于驱动搅拌振动装置4与搅拌旋转振动装置6对搅拌系统进行旋转和振动处理，料桶3的出料口处设置有冷却系统7。
27.请参阅图2，搅拌振动装置4包括主传动轴41、轴向移动式滚动轴承42、圆柱凸轮连接轴承43、滑键44、固定滑块45、圆柱凸轮46、搅拌振动装置壳体47、连接轴48。主传动轴41和整个圆柱凸轮装置46通过轴向移动式滚动轴承42，相互平行的设置在支撑支架10上，主传动轴41上依次连接轴向移动式滚动轴承42、圆柱凸轮连接轴承43、滑键44；由第一动力系统1输出动力，通过锥齿轮啮合传动使动力传输到主传动轴41上，由主传动轴41将动力传输给圆柱凸轮46，使圆柱凸轮46可以实现旋转运动；同时壳体 47与圆柱凸轮46通过固定滑块45连接，圆柱凸轮46输出端又通过滑键44和连接轴48 与搅拌振动装置壳体47相连接，在圆柱凸轮46实现旋转运动时，由于固定滑块45的限制作用，圆柱凸轮46通过滑键44实现了y方向的往复运动。其次圆柱凸轮46通过也进一步实现了搅拌旋转振动装置6在y方向的往复运动。本装置这种方式利用了圆柱凸轮上的滑槽和固定滑块运动轨迹的特点，巧妙地实现了搅拌装置在y方向的振动效果。
28.第一动力系统电机带动主动轴第一齿轮和从动轴第一齿轮转动将动力传递给主
传动轴41，主传动轴41与搅拌振动装置4的圆柱凸轮46连接用于实现旋转和振动；主传动轴41与搅拌旋转振动装置6连接，从而带动搅拌旋转振动装置6的整体旋转和y向振动。主传动轴41的上端连接第一动力系统1，主传动轴41的下端连接搅拌旋转振动装置6；
29.请参阅图3，搅拌旋转振动装置6包括传动轴61、桁架62、太阳轮63、滑槽桁架 64、滑块65、行星轮66、搅拌杆滑轨67、搅拌杆68。传动轴61通过连接轴48与搅拌振动装置4相连接；滑槽桁架64、搅拌杆滑轨67通过套筒连接在传动轴61上；桁架62通过螺钉固定在料桶3上；搅拌杆68通过销轴连接在滑块65上，行星轮上下两侧都连接有滑块65，同时上侧滑块放置在滑槽桁架64的滑槽中，下侧滑块连接在搅拌杆滑轨67上，搅拌杆68连接在下侧滑块上。传动轴61传递动力，实现轴的旋转运动和搅拌旋转振动装置6在y方向的循环往复运动；行星轮系太阳轮63采用键连接实现自转运动，行星轮66 和太阳轮63为齿轮啮合，所以行星轮系66也实现了自转以及围绕着太阳轮63的公转；滑块和搅拌杆68通过滑块65连接在行星轮66上，在行星轮66运动时，搅拌杆68相对与传动轴61的距离发生变化，即搅拌杆68实现了在x方向的往复运动。搅拌旋转振动装置，采用了一轴传动，利用圆柱凸轮的特点实现了搅拌棒的竖直方向振动，利用行星轮系以及偏心旋转实现了搅拌棒的水平方向振动。
30.请参阅图4，内层搅拌系统5包括51—弹性垫圈、52—斜盘盘体、53—偏心轴、54 —空心搅拌杆、55—搅拌杆端盖五部分组成。空心搅拌杆54利用螺钉固定在斜盘盘体52 上，连接处安装有弹性垫圈51可以有效减轻空心搅拌杆54在旋转时与斜盘盘体52的碰撞；斜盘盘体52通过键连接与主传动轴相连接，在旋转时可使得内层搅拌盘做谐振运动；空心搅拌杆54内部安装有偏心轴53在搅拌杆随着斜盘旋转时，由于偏心轴53的存在，可以引起小范围的局部振动，对搅拌更加有利；在空心搅拌杆底部设置有搅拌杆端盖55 起到连接封闭搅拌腔的作用。
31.请参阅图5，料桶旋转振动装置及料桶机构8包括料桶壳体81、保温层82、过滤板 83、螺旋冷却管84、料桶底座85、偏心旋转盘86、出料装置87、轴承88、料桶支撑板 89、料桶旋转轴810、底板支撑杆811、弹性联轴器812、从动锥齿轮813、主动轴814、双联锥齿轮815、电机816。保温层82设置在料桶壳体81内侧；螺旋冷却管84设置在过滤板83下方，冷却装置分为轴向径向两层冷却，径向层冷却依靠轴向和径向布置的冷却管完成，轴向层冷却利用螺旋冷却管84完成，此冷却装置布置方式使得冷却效果更为明显、冷却更加充分，有利于后续出料；料桶底座85连接在料桶壳体81底部，起到支撑作用；偏心旋转盘86连接在料桶底座85上，偏心旋转盘86旋转可以实现料桶在x方向的往复运动；出料装置87也设置在料桶底座85上，起到出料的作用；上述所有机构都安装在料桶支撑板89上；偏心旋转盘86与料桶旋转轴810通过键连接在一起，料桶旋转轴 89另一端通过弹性联轴器812与主动轴814相连，弹性联轴器812不仅起到传递动力的作用，并且能够实现y方向的位移补偿，使得料桶在y方向发生振动时仍然可以传递动力；料桶支撑板89两端通过轴和弹簧连接在支架10上，中间部位通过底板支撑杆811 支撑；底板支撑杆811一端与料桶支撑板89相连，另一端与从动锥齿轮813偏心连接，既起到支撑作用，同时双联锥齿轮815会带动从动锥齿轮813转动，从动锥齿轮813的轴固定在两侧架台上，使得从动锥齿轮813只实现自转，实现了料桶y方向的往复运动。电机816电机轴上安装有一个双联锥齿轮815，一侧与电机816上所安装的锥齿轮互相啮合传递动力，同时双联锥齿轮另一侧通过键连接与主动轴814相连接，主动轴814带动锥齿轮旋转，从动锥齿轮813安装位置为主动锥齿轮的两侧,从动锥齿轮813一侧与双联锥齿
轮815啮合，一侧与底板支撑杆811偏心连接，从动锥齿轮813啮合时使底板支撑杆 811带动料桶支撑板89沿y方向往复运动，实现了料桶沿y方向的振动；料桶支撑板89 上有滑槽，可以起到支撑料桶的作用；主动轴814通过弹性联轴器812与料桶旋转轴810 相连接，料桶旋转轴810与偏心旋转盘86相连接，同时偏心旋转盘86安装在料桶底座上，在料桶旋转轴810的转动下带动偏心旋转盘86的旋转，从而实现料桶8沿着x方向的振动。
32.冷却系统7包括冷却装置、出料口和引锭器，冷却装置设置在出料管路的末端，设置有一定的长度，可令出料管路在里上下振动，出料口与引锭器连接。
33.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本实用新型实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
34.本实用新型一种旋转振动耦合搅拌装置的总体工作原理为：
35.将熔料炉2中的金属或者合金浆料通过进料口倒入料桶3中，待料满后，开启第一电机和第二电机，待浆料搅拌完成后在冷却系统7中结晶逐渐变成半固态浆料，然后从出料口排出。由第一电机输出动力，通过第一主动锥齿轮、第一从动锥齿轮啮合传动动力到主传动轴，由主传动轴将动力传递到搅拌振动装置4，由主传动轴41带动搅拌振动装置4 整体旋转。
36.搅拌振动装置4由第一动力系统1输出动力，通过锥齿轮啮合传动使动力传输到主传动轴41上，由主传动轴41将动力传输给圆柱凸轮46，使圆柱凸轮46可以实现旋转运动；同时壳体47与圆柱凸轮46通过固定滑块45连接，圆柱凸轮46输出端又通过滑键 44和连接轴48与搅拌振动装置壳体47相连接，在圆柱凸轮46实现旋转运动时，由于固定滑块45的限制作用，圆柱凸轮46通过滑键44实现了y方向的往复运动。其次圆柱凸轮46实现了搅拌旋转振动装置6在y方向的往复运动。
37.传动轴61通过连接轴48传递动力，实现轴的旋转运动和搅拌旋转振动装置6在y 方向的循环往复运动；其中搅拌旋转振动装置6中行星轮系太阳轮63采用键连接实现自转运动，行星轮66和太阳轮63为齿轮啮合，所以行星轮系66也实现了自转以及围绕着太阳轮63的公转；滑块和搅拌杆68通过滑块65连接在行星轮66上，在行星轮66运动时，搅拌杆68相对与传动轴61的距离发生变化，即搅拌杆68实现了在x方向的往复运动。由于搅拌杆68在x方向的往复运动行程有限，无法对太阳轮63下方浆料进行搅拌；所以在为弥补此缺点，在太阳轮63下方设置有搅拌盘内层搅拌装置5.
38.搅拌盘内层搅拌装置5中斜盘盘体52通过键连接与主传动轴相连接，在旋转时可使得内层搅拌盘做谐振运动；空心搅拌杆54内部安装有偏心轴53在搅拌杆随着斜盘旋转时，由于偏心轴53的存在，可以引起小范围的局部振动。
39.本装置通过圆柱凸轮，行星轮系和斜盘装置实现了搅拌系统的旋转振动的同时，也利用了偏心机构实现了料桶的旋转与振动。
40.料桶旋转振动装置8中料桶底座85连接在料桶壳体81底部，起到支撑作用；偏心旋转盘86连接在料桶底座85上，偏心旋转盘86旋转可以实现料桶在x方向的往复运动；出料装置87也设置在料桶底座85上，起到出料的作用；上述所有机构都安装在料桶支撑板89上；偏心旋转盘86与料桶旋转轴810通过键连接在一起，料桶旋转轴89另一端通过弹性联轴器812与主动轴814相连，弹性联轴器812不仅起到传递动力的作用，并且能够实现y方向的惟一补偿，使得料桶在y方向发生振动时仍然可以传递动力；料桶支撑板89两端通过轴和弹簧连接在底座10上，中间部位通过底板支撑杆811支撑；底板支撑杆811一端与料桶支撑板89相连，另一端与从动锥齿轮813偏心连接，既起到支撑作用，同时主动锥齿轮815会带动从动锥齿轮813转动，从而实现了料桶y方向的往复运动。料桶支撑板89上有滑槽，可以起到支撑料桶的作用；主动轴814通过弹性联轴器812与料桶旋转轴810相连接，料桶旋转轴810与偏心旋转盘86相连接，同时偏心旋转盘86 安装在料桶底座上，在料桶旋转轴810的转动下带动偏心旋转盘86的旋转，从而实现料桶8沿着x方向的振动。
41.以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。