一种振动装置的制作方法

1.本发明涉及到机械设备领域，具体涉及到一种振动装置。


背景技术：

2.振动装置主要用于物料的定向有序输送，根据物料类型的不同以及对物料的姿态要求，振动装置具有不同的表现结构。
3.在行业内，由于振动源(如电机、电磁铁等)不具备伺服性，目前振动装置一般均采用现场调节的方式进行调节，根据物料在输送过程中的表现验证调节结果，实际实施中操作较为不便。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种振动装置，该振动装置利用伺服直线电机、监控模块和控制器组成一闭环控制逻辑，从而可有效的对动子板的振动进行控制，实施较为便利。
5.相应的，本发明还提供了一种振动装置，包括：
6.弹性件，具有固定端和活动端，所述固定端保持固定，所述活动端具有一连接位置，在弹性形变的弹性限度内，所述活动端的连接位置能够相对于所述固定端在预设运动平面上弯曲偏摆；
7.动子板，与所述活动端的连接位置连接，所述弹性件支撑所述动子板；
8.伺服直线电机，具有主体和输出端，所述主体保持固定，所述输出端相对于所述主体沿一预设直线方向运动，所述预设直线方向位于所述预设运动平面上，所述输出端与所述活动端连接，或所述输出端与所述动子板连接；
9.监控模块，用于监控所述动子板在所述预设运动平面上的位置信息；
10.控制器，分别与所述伺服直线电机和监控模块电连接。
11.可选的实施方式，在无外部作用力下，所述弹性件活动端与固定端的连线方向为限制方向；
12.在所述输出端与所述动子板连接时，在所述限制方向上，所述输出端与所述动子板之间的连接紧固程度大于所述动子板与所述活动端的连接位置的连接紧固程度，或所述输出端与所述动子板之间的连接紧固程度小于所述动子板与所述活动端的连接位置的连接紧固程度。
13.可选的实施方式，所述弹性件的第一阶固有频率为a；
14.所述输出端的往复运动频率为b；
15.其中，0.8a＜b＜1.2a。
16.可选的实施方式，所述弹性件的第一阶固有频率为a；
17.所述输出端的往复运动频率为b；
18.其中，b＜0.8a或b＞1.2a。
19.可选的实施方式，所述监控模块用于监控所述动子板在一参考方向上的运动位移
情况，所述参考方向为所述预设运动平面上的预设定方向。
20.可选的实施方式，所述监控模块包括光栅尺，所述光栅尺包括主尺和读数头；
21.所述主尺设置在所述动子板的侧面上，所述读数头配合设置在所述主尺相对于所述动子板的外侧并保持固定；
22.或所述读数头设置在所述动子板的侧面上，所述主尺配合设置在所述动子板相对于所述主尺的外侧并保持固定。
23.可选的实施方式，所述伺服直线电机为音圈电机。
24.可选的实施方式，所述弹性件包括若干片状结构的弹性板；
25.在所述弹性板的数量大于两片时，两片以上的所述弹性板叠合连接固定。
26.可选的实施方式，所述弹性件的数量为两个以上。
27.可选的实施方式，所述输出端与所述活动端基于第一紧固件连接固定；
28.或所述输出端与所述动子板基于第二紧固件连接固定。
29.综上，本发明提供了一种振动装置，通过弹性件的设置，可对动子板形成支撑和运动导向的功能，弹性件具有极高的使用寿命，可保证振动装置的长久使用；利用伺服直线电机作为动力源，可保证振动装置性能的稳定性；弹性件在振荡过程中，起到了能量储存的作用，可在特定运动过程中进行能量的释放，一方面更节省能源，另一方面可放大输出功率；利用伺服直线电机、监控模块和控制器组成一闭环控制逻辑，从而可有效的对动子板的振动进行控制，实施较为便利；动子板的运动轨迹可利用不同部件连接的牢固程度的变化在偏摆运动轨迹和直线运动轨迹中切换，具有良好的实施便利性。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
31.图1示出了本发明实施例一的弹性件6结构示意简图。
32.图2示出了本发明实施例一的连接位置的受力示意图。
33.图3示出了本发明实施例一的直线电机结构示意图简图。
34.图4为本发明实施例三的振动装置的正视剖面图。
35.图5为本发明实施例三的振动装置的侧视图。
36.图6为本发明实施例四的振动装置的正视剖面图。
37.图7为本发明实施例四的振动装置的侧视图。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
39.实施例一：
40.本发明实施例提供了一种振动装置，包括：
41.弹性件6，具有固定端和活动端，所述固定端保持固定，所述活动端具有一连接位置，在弹性形变的弹性限度内，所述活动端的连接位置能够相对于所述固定端在预设运动平面上弯曲偏摆；
42.动子板1，与所述活动端的连接位置连接，所述弹性件6支撑所述动子板1；
43.伺服直线电机2，具有主体和输出端，所述主体保持固定，所述输出端相对于所述主体沿一预设直线方向运动，所述预设直线方向位于所述预设运动平面上，所述输出端与所述活动端连接，或所述输出端与所述动子板1连接。
44.具体的，该振动装置具有三个基本组成部件，分别为弹性件6、动子板1和伺服直线电机2，其中，弹性件6和动子板1形成了最基本的承载系统，伺服直线电机2则是为该承载系统输入振动能量。
45.具体的，针对弹性件6和动子板1形成的承载系统，首先对弹性件6进行分析。
46.在本发明实施例中，弹性件6具有的基本结构为固定端和活动端，顾名思义，弹性件6为具有一定弹性形变能力的结构部件，弹性形变的能力有多种，在本发明实施例，对弹性件6的弹性形变能力要求为，活动端具有一个连接位置，活动端的连接位置能够以弯曲偏摆的形式在预设运动平面上进行弹性形变。
47.图1示出了本发明实施例的弹性件6结构示意简图，具体的，图的观察方向为垂直于所述预设运动平面的观察方向，在视图中，弹性件6的a状态为弹性件6的默认状态，弹性件6的b状态和c状态为弹性件6在弹性限度内的变形极限状态。
48.具体的，弹性件6在a状态下，固定端为图1所示结构的d端，活动端是指能够弹性件6中能够相对于d端运动的部分，在活动端上设置有一个连接位置供动子板1连接，在图1中连接位置处于a点位置。在本发明实施例中，对弹性件6的要求为，连接位置能够在预设运动平面上进行弯曲偏摆的弹性形变，即a点能够在图示方向上进行弹性限度内的偏摆运动，在本发明实施例中，a点的极限偏摆位置分别为b点和c点。
49.具体的，a点的偏摆运动为非规则运动(不是绝对的直线运动或绝对的弧线运动)，在a点发生偏摆运动后，以b点为例，b点相对于a点的横坐标发生变化，纵坐标也发生变化。具体实践中，由于偏摆运动的幅度极小，从微分角度而言，a点和b点之间的运动可认为是直线运动。
50.具体的，动子板1的实际作用为一个连接件，具体实施中，根据功能需求，可将外部结构安装在动子板1上，或将部分动子板1加工为所需的结构。动子板1连接在弹性件6的连接位置上，动子板1与弹性件6的连接位置的运动可认为是同步的。弹性件6本身的作用除了利用活动端的弹性形变能力外，还需要对动子板1进行支撑，因此，弹性件6在重力方向上，需要具有满足动子板1的支撑强度需求。
51.参考附图图2示出的本发明实施例的连接位置的受力示意图，结合弹性件6的连接位置的运动特性，根据图1所示姿态，连接位置在a点和b点之间的往复运动伴随着力的变化，具体的，连接位置从a点运动到b点，作用力为f2；连接位置从b点运动到a点，作用力为f1。以弹性件6图1所示姿态为例，f1和f2均为倾斜的作用力，分别具有沿水平方向和沿竖直方向的分力。
52.动子板1跟随连接位置的同步运动，相应的，动子板1本身也会具有f1和f2的作用
力，该作用力能够对外进行输出。例如，动子板1在连接位置从b点运动到a点时，f1作用力能够使动子板1对放置在动子板1(或与动子板1连接固定的外部设备)上的物体施加一个f1作用力，竖直分力能够使物体具有向上运动的趋势，可降低物体在竖直方向上对动子板1的压力，从而降低其余动子板1间的水平摩擦力；水平分力能够使物体具有向右运动的趋势，根据水平摩擦力的情况，物体能够被迫向右运动。
53.理论而言，对于振动装置的一般需求，物体腾空和物体作用在动子板1上的作用力为零是没有区别的，为了能量的最大化利用，需要尽力避免物体腾空或腾空高度较低。实质上，竖向分力和横向分力的来源均为对应的作用力，具体的，动子板1对外输出的作用力的大小与加速度为正相关关系，作用力在不同方向上的分力大小与a点和b点之间的连线夹角相关，通过二者的合理设置，可保证能量的最大化利用。
54.需要说明的是，a点和b点之间的运动个轨迹实质为复杂的曲线，本发明实施例仅为了便于说明将其假设为直线轨迹，实际实施中，需要利用微积分手段对其宏观表现的整体作用力和整理作用角度进行统计。
55.由于能量不能凭空生成，为了使弹性件6发生变形，本发明实施例引入伺服直线电机2作为驱动元件，伺服直线电机2的作用可用于输出恒定频率和恒定振幅的输出端运动，保证振动装置本身的性能稳定性。具体的，伺服直线电机2具有主体和输出端，所述主体保持固定，所述输出端相对于所述主体沿一预设直线方向运动，所述预设直线方向位于所述预设运动平面上，所述输出端与所述活动端连接，或所述输出端与所述动子板1连接。
56.具体的，输出端的直线运动理论上与动子板1的偏摆运动是不可能同步存在的，但在实际实施中，由于二者之间存在着连接关系，其中，装配公差、材料变形能力、连接作用力等现实因素的存在，可使本发明实施例的振动装置具有可行性，其具体表现在连接的两个部件之间并非是绝对的刚性连接。
57.具体的，弹性件的活动端偏摆距离(从点a到点b)一般为毫米级的，以附图所示的姿态为例，其竖直方向上的最大位移则更小了，在前述的装配公差、材料变形能力、连接作用力等现实因素存在的条件下，活动端的偏摆运动、输出端的直线运动同时作用在动子板上并不冲突，或输出端的直线运动作用在活动端的偏摆运动上并不冲突，这在具体实施时均是能实现的。
58.进一步的，为了对动子板运动的准确性进行进一步的感知和控制，有必要对动子板的实际运动情况进行分析。
59.根据前述说明，动子板的运动情况可能是跟随输出端的直线运动，也可能跟随活动端的偏摆运动，还有可能是二者轨迹共同影响下的非规则运动。
60.具体实施中，为了保证动子板的可控性，需要针对性的使其跟随输出端的直线运动或跟随活动端的偏摆运动，以保证动子板的运动规律性，在该实施条件下，动子板的运动负反馈控制才具有更为实际的实施意义。
61.具体的，在无外部作用力下，所述弹性件活动端与固定端的连线方向为限制方向；参考图1所示结构，竖直方向为限制方向。
62.在所述输出端与所述动子板连接时，在所述限制方向上，所述输出端与所述动子板之间的连接紧固程度大于所述动子板与所述活动端的连接位置的连接紧固程度，或所述输出端与所述动子板之间的连接紧固程度小于所述动子板与所述活动端的连接位置的连
接紧固程度。
63.具体的，影响动子板运动轨迹的直接因素为动子板是否在限制方向上有分速度(分位移)，因此，在所述输出端与所述活动端连接时，由于活动端是与动子板直接连接的，输出端不与动子板连接，由于弹性件需要用于动子板的支撑承载，其动子板一般刚性较大，如果限制其在限制方向的运动，容易导致其发生塑性变形，因此，在该设置条件下，动子板一般是跟随活动端做偏摆运动，为了避免输出端与活动端之间在竖直方向上的连接强度太大，对于输出端与活动端之间在竖直方向上的连接强度应该较小，和/或在竖直方向上留有一定的装配间隙。
64.在所述输出端与所述动子板连接时，动子板同时受到输出端和活动端的运动限制，具体的，动子板分别与输出端和活动端连接。若需要动子板跟随输出端做直线运动，则在所述限制方向上，需要所述输出端与所述动子板之间的连接紧固程度大于所述动子板与所述活动端的连接位置的连接紧固程度，从而在相同的作用力条件下，动子板与活动端之间首先在竖直方向上发生相对运动；基于相似的原理，若需要动子板跟随活动端做偏摆运动，则在所述限制方向上，需要所述输出端与所述动子板之间的连接紧固程度小于所述动子板与所述活动端的连接位置的连接紧固程度，从而在相同的作用力条件下，动子板与输出端之间首先在竖直方向上发生相对运动。
65.具体的，在本发明实施例中，用于连接紧固程度的判断参数可包括运动空间的大小、紧固力的大小、紧固件的软硬程度等参数，其目的是为了使动子板在运动时，在受到同样作用力的条件下，动子板与输出端之间还是动子板与活动端之间首先发生相对位移，即动子板与输出端之间、动子板与活动端之间发生相对位置的难以程度。通过该实施方式，可控的固定动子板的运动轨迹，从而使得后续的闭环控制提供控制依据，保证控制的稳定性。
66.综上，本发明实施例提供了一种振动装置，通过弹性件6的设置，可对动子板1形成支撑和运动导向的功能，弹性件6具有极高的使用寿命，可保证振动装置的长久使用；利用伺服直线电机2作为动力源，可保证振动装置性能的稳定性；弹性件6在振荡过程中，起到了能量储存的作用，可在特定运动过程中进行能量的释放，一方面更节省能源，另一方面可放大输出功率(相对于电机本身的输出功率而言)，具有良好的实用性。
67.实施例二：
68.在实施例一的基础上，本发明实施例的振动装置还包括：
69.监控模块，用于监控所述动子板1在所述预设运动平面上的位置信息；
70.控制器，分别与所述伺服直线电机2和监控模块电连接。
71.具体的，控制器可以基于现有技术进行搭建，其作用为接收监控模块所获取的动子板1的位置信息，并以此为依据调节伺服直线电机2的输出端的运动幅度，从而实现对动子板1运动精确控制。
72.具体的，在振动装置中，体现振动装置的性能的关键信息为动子板1的振动频率和振动幅度，动子板1的振动频率和振动幅度均可以通过对动子板1的位置进行监控得出。
73.控制器的作用即是根据设定的数据，利用动子板1的位置信息，调节伺服直线电源的输出端的运动幅度和频率，形成一个闭环的负反馈控制。
74.控制器包括如信息接收、信息处理等相关部件结构，可根据现有技术实现。
75.具体的，控制器的主要作用是控制输出端的运动频率，输出端的运动频率可等价
认为是动子板的运动频率以及活动端(弹性件)的运动频率。
76.具体实施中，可选的实施方式，所述弹性件的第一阶固有频率为a；
77.所述输出端的往复运动频率为b；
78.其中，0.8a＜b＜1.2a。
79.在该实施条件下，弹性件由于接近固有频率(共振频率)，关于输出端的振幅会被放大，在该实施条件下，若需要动子板达到同样的振幅程度，由于共振的存在，输出端的输出功率要求降低，相应的，对伺服直线电机的性能要求会相应的降低。
80.另外，可选的实施方式，所述弹性件的第一阶固有频率为a；所述输出端的往复运动频率为b；其中，b＜0.8a或b＞1.2a。在该实施条件下，由于输出端的运动频率远离弹性件的第一阶固有频率(不考虑第二、三、......阶固有频率的影响)，弹性件的运动与输出端的运动一致性增强，弹性件的运动更为稳定，有利于闭环控制。
81.实际实施中，以上两种实施方式可根据实际需求进行实施。
82.实施例三：
83.根据实施例一所述原理，本发明实施例提供一种具体实施结构以供参考。
84.附图图4示意了本发明实施例的振动装置的正视剖面图，附图图5示意了本发明实施例的振动装置的侧视图。
85.相应的，本发明提供了一种振动装置，包括：支架4、伺服电机伺服直线电机2、弹性件6和动子板1。
86.其中，支架4主要用于充当其他设备的固定载体以及便于振动装置在外部的安装。在本发明实施例中，所述支架4保持固定，所述固定端和所述主体分别固定在所述支架4上。需要说明的是，在图示结构中，所述支架4沿水平方向布置，实际实施中，可倾斜布置。
87.具体的，对于支架4结构，在本发明实施例中，基于支架4所需要连接的设备部件考虑，所述支架4包括立板和底板，所述立板固定在所述底板上。所述主体固定在所述立板上。
88.可选的实施方式，所述底板下方设置有连接板5；所述弹性件6的固定端固定在所述连接板5上，所述弹性件6的活动端穿过所述底板并与位于所述底板上空的动子板1连接。
89.可选的实施方式，所述动子板1包括相互连接固定的第一连接板5和第二连接板5；所述第一连接板5与所述活动端连接；所述第二连接板5与所述输出端连接。
90.具体的，所述伺服直线电机2为音圈电机，音圈电机在各类型直线电机中的优势为控制难度低，实施成本低，结构简单。
91.在本发明实施例中，所述弹性件6包括若干片状结构的弹性板；在所述弹性板的数量大于两片时，两片以上的所述弹性板叠合连接固定。
92.具体的，弹性板的活动端能够在一个平面方向上进行偏摆变形，其余方向的偏摆变形难度较大，导向性能较为优异；此外，根据材料性质，大部分材料的受压能力和支撑能力较强，尤其在接近材料本身的轴线方向上的受压能力和支撑能力较强，能够很好的满足本发明的实施需求。
93.具体的，弹性板可采用弹簧钢板。
94.具体的，弹性板的叠合使用，可以采用现有国标规格的板材进行叠加的方式实现弹性件6的性能调节，以降低实施成本。
95.进一步的，基于支撑稳定性考虑，所述弹性件6的数量为两个以上。此外，弹性件6
与动子板1的连接也应考虑到力平衡的问题，以伺服直线电机2的输出端为对称中心，弹性件6与动子板1的连接位置的设置尽量对称设置，以避免弹性件6产生扭曲。
96.进一步的，所述监控模块用于监控所述动子板1在一参考方向上的运动位移情况，所述参考方向为所述预设运动平面上的预设定方向。具体的，在具体实施中，在部件安装完毕后，动子板1的运动情况是可预知的；理论上，实际所需的数据即为动子板1在某一方向上的运动情况，根据其中一个方向上的运动情况，即可知道动子板1的所有运动情况。
97.具体的，在本发明实施例中，所述监控模块包括光栅尺，所述光栅尺包括主尺9和读数头8；
98.所述主尺9设置在所述动子板1的侧面上，所述读数头8配合设置在所述主尺9相对于所述动子板1的外侧并保持固定(本发明实施例所采用的实施方式)；
99.或所述读数头8设置在所述动子板1的侧面上，所述主尺9配合设置在所述动子板1相对于所述主尺9的外侧并保持固定。
100.具体的，在本发明实施例中，光栅尺、控制器和伺服直线电机2形成一个闭环控制系统，根据光栅尺的反馈信息，控制器能够实时对动子板1的运动情况进行监控。
101.根据实施例一有关于动子板1的运动状态的描述，在具体实施中可较为容易实现。例如，所述输出端与所述活动端基于第一紧固件连接固定；或所述输出端与所述动子板1基于第二紧固件连接固定。
102.连接件均采用螺纹锁紧件，通过控制锁紧力的大小，可控制输出端与活动端之间的相对运动难度，以及控制动子板1与活动端之间的相对运动难度；若输出端与活动端之间的相对运动难度相对较小，则动子板1的运动跟随输出端的直线运动；若输出端与活动端之间的相对运动难度相对较大，则动子板1的运动主要跟随连接位置的偏摆运动。
103.实际实施中，为了控制相对运动难度，可直接将其中一者利用焊接等方式进行连接，从而保证了另一者的相对运动难度更小。
104.相应的，若动子板1的运动轨迹为直线运动，振动装置的整体安装姿态需要所需的力输出方向进行调整；相应的，若动子板1的运动轨迹为偏摆运动，则振动装置本身可根据图示姿态设置，亦可达到振动驱动的效果。
105.另外，需要说明的是，由于涉及到了行程的测量和标定，为了提供基准参考，一般还需要在动子板1的复位位置处设置一原点触发装置，原点触发装置与控制器电连接，以供控制器识别动子板1的运动原点，从而使光栅尺的数据具有参考值。
106.实施例四：
107.附图图6示意了本发明实施例的振动装置的正视剖面图，附图图7示意了本发明实施例的振动装置的侧视图。
108.在实施例三的基础上，本发明实施例的振动装置还包括滑轨3；
109.所述滑轨3位于所述动子板1下方并保持固定，所述动子板1滑动配合在所述滑轨3上。
110.在实施例三的基础上，本发明实施例的振动装置还包括：滑轨3，与所述支架4相对固定；所述滑轨3的导向方向与所述直线轨迹一致；所述动子板1滑动配合在所述滑轨3上。
111.具体的，由于在实际实施中，根据实施条件的不同，弹性件6的运动并非是完全与理想状态下的运动轨迹是一致的，为了保证振动装置的直线振动的传递稳定性，本发明实
施例在实施例一的基础上增设一滑轨3；当动子板1的运动方向存在偏移时且弹性件6也无法校直时，滑轨3可起到校直的作用，保证了振动的方向稳定性；从另一方面而言，一般情况下，弹性件6可变相延长的滑轨3的使用寿命，降低振动装置的维护成本。
112.可选的实施方式，在所述振动装置还包括滑轨3的条件下，所述滑轨3固定在所述底板上，所述动子板1滑动配合在所述底板上。
113.综上，本发明实施例提供了一种振动装置，通过弹性件6的设置，可对动子板1形成支撑和运动导向的功能，弹性件6具有极高的使用寿命，可保证振动装置的长久使用；利用伺服直线电机2作为动力源，可保证振动装置性能的稳定性；弹性件6在振荡过程中，起到了能量储存的作用，可在特定运动过程中进行能量的释放，一方面更节省能源，另一方面可放大输出功率(相对于电机本身的输出功率而言)，具有良好的实用性；利用伺服直线电机、监控模块和控制器组成一闭环控制逻辑，从而可有效的对动子板的振动进行控制，实施较为便利；动子板的运动轨迹可利用不同部件连接的牢固程度的变化在偏摆运动轨迹和直线运动轨迹中切换，具有良好的实施便利性。
114.以上对本发明实施例所提供的一种振动装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。