电磁式振动料斗及cad系统研究硕士论文

1、lI摘要Y电磁式振动料斗及C A D 系统研究(搋动料斗是自动加工与装配系统中一种应用广泛、高效的零件自动上料装置。振动料斗C A D 系统是利用软件工程的方法和原理，在振动料斗运动学和动力学分析的基础上，借助C A D 等技术建立的计算机应用系统。该系统的完成对提高设计速度和质量，减轻设计人员的工作强度有着重要的意义。、r本文主要研究成果有以下几个方面。7一振动料斗运动特性分析与计算阐明了振动料斗的工作原理：分析了输送件在料槽中的三种运动特性现象和产生的条件。给出了输送件移动的平均速度和料斗生产率的计算公式，并对振动料斗的基本参数如螺旋升角口、振动升角进行了选取和计算。二探讨并评价了振动料斗

2、建模与动态仿真探讨了振动料斗二自由度力学模型与多自由度力学模型，并对各种力学模型的优劣做出了评价。同时探讨了代表振动料斗研究发展方向之一的振动料斗馍拟与动态仿真以及基于动态仿真的振动料斗全新的设计思想、方法和理论。三实现振动料斗C A D 系统利用软件工程的方法和原理制定了系统开发的原则与目标、规划了系统的总体结构，把总体结构分成系统管理模块、分析计算模块、参数化绘图模块等几个部分，并分部实施完成。同时也讨论了完成振动料斗C A D 系统所需的几个关键技术，采用面向对象的方法和原理实现了振动料斗系统参数化设计和计算；基于M i c r o s o f t 公司的V i s u a lc 十+

3、集成开发坏境完成系统的界面设计；同时A u t o C A D 系统为二次开发支撑平台，利用其自身强大的功能以及内嵌解释性语言A u t o L i s p 完成零件图自动绘制，采用消隐技术实现装配图的自动生成。【关键词】振动料斗、C A D 、运动特性、模惑参数化设计、动态仿真IA b s t r a c tY3 8 87 1 互T h eR e s e a r c ho fC A DS y s t e mf o rV i b r a t o r yB o w lF e e d e r sV i b r a t o r yB o w lF e e d e ri saw i d e l ya

4、p p l i e da n de f f i c i e n td e v i c ef o ra u t o m a t i cp a r ta l i g na n dl o a di na u t o m a t i cm a n u f a c t u r i n ga n da s s e m b l i n gs y s t e m C A Ds y s t e mf o rV i b r a t o r yB o w lF e e d e ri sac o m p u t e ra p p l i c a t i o ns y s t e mb u i I to nt h em

5、 e t h o da n dp r i n c i p l eo fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，a n do nt h eb a s eo fl d n e m a t i c sa n dd y n a m i c sa n a l y s i sf o rV i b r a t o r yB o w lF e e d e r a n d 、v i 血t h eh e l po fm eC A Dt e c h n i q u e T h i ss y s t e me v i d e n t l ye x p e d i t e st h

6、ed e s i g np r o c e s sa n di m p r o v e st h ed e s i g nq u a l i t ya n dr e l e a s e st h ew o r ki n t e n s i t yo f t h ed e s i g n e r T h ef o l l o w i n g sa r et h em a i nt o p i c s ：l ：A n a l y s ea n dC o m p u t eo ft h ek i n e m a t i c sc h a r a c t e r i s t i co fV i b r

7、 a t o r yB o w lF e e d e rW o r k i n gp r i n c i p l e so fV i b r a t o r yB o w lF e e d e ra r ec l a r i f i e d n l r e em o t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fp a r t si nB o w lF e e d e ra n dt h ec a u s e st h a tt h e yc o m ei n t ob e i n g sa r ea n a l y z e dP u tf o r w a r

8、dt h ea v e r a g ev e l o c i t yo fp a r t s ，d e d u c eaf o r m u l a t i o nt oc a l c u l a t et h ep r o d u c t i v i t yo fV i b r a t o r yB o w lF e e d e r F i n a l l y , b a s i cp a r a m e t e r ss u c ha ss p i r a lr i s i n ga n g l e 醢a n dv i b r a t o r yr i s i n ga n g l e9a

9、r ec o m p u t e d 2 ：D i s c u s sa n de v a l B a t et h em o d e l i n go fV i b r a t o r yB o w iF e e d e ra sw e l la sd y n a m i cs i m u l a t i o nT h i sp a p e rd i s c u s s e st h et W 0 d e g r e e o f - f r e e d o mm o d e l ，m u l t i d e g r e e o f - f r e e d o mm o d e l a n d

10、e v a l u a t e st h ef e a t u r e so fs e v e r a lk i n d so fe a c hm e c h a n i c sm o d e l A to n et i m e ，n e wd e s i g nm e t h o d s ，n e wd e s i g np r i n c i p l e s ，n e wd e s i g nc o n c e p t so fV i b r a t o r yB o w lF e e d e rb a s e do nd y n a m i cs i m u l a t i o nt h

11、 o s er e p r e s e n tt h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n td i r e c t i o na r ed i s c u s s e d 3 ：I m p l e m e n t 也eC A Ds y s t e mf o rV i b r a t o r yB O W lF e e d e rW j t h 也eh e l po ft h ec o n c e p t sa n dm e t h o d so ft h eo b j e c t o r i e n t e ds o f t w a r ee n

12、g i n e e r i n g ，t h ep r i n c i p l ea n da i mo fs y s t e ma r ec o n s t i t u t e d ，t h ec o m p l e t es t r u c t u r eo fs y s t e mi sp r o g r a m m e d T h ec o m p l e t es y s t e ma r ed i v i d e di n t ot h r e ep a r t s ：s y s t e mm a n a g e m e n tm o d u l e ，a n a l y s i

13、s & c o m p u t em o d u l e ，p a r a m e t r i cd r a ws y s t e m A l lt h e s et h r e er o o d u l ea r ef u l l yi m p l e m e n t e d A tt h es a m et i m e ，s o m ep i v o t a lt e c h n i q u en e e d e dt oc o m p l e t et h eC A Ds y s t e mf o rV i b r a t o r yB o w lF e e d e ri Sd

14、i s c u s s e d O b j e c t o r i e n t e dm e t 1 0 da n dp r i n c i p l ea r ea d o p t e dt of i n i s ht h ep a r a m e t r i cd e s i g na n dc o m p u t eo ft h eV i b r a t o r yB o w lF e e d e rs y s t e m F r i e n d l yi n t e r f a c ei sd e s i g n e db a s e do nt h eM i c r o s o f t

15、C o r p Si n t e r a c t i v ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n tV i S U a lC 4 - + B a s e d0 nt h es e c o n dd e v e l o p m e n tp l a t f o r m ，A u t o C A D ，a n d 诹t l lt h eh e l po fi t sp o w e r f u ld r a w i n gf u n c t i o n sa n dn e s t e di n t e r p r e tl a n g u a g eA u

16、 t o L i s p ，p a r t sd r a w i n g sa r ea u t o m a t i c a l l ya c c o m p l i s h e d ，a s s e m b l yd r a w i n gi sa u t o m a t i c a l l yg e n e r a t e du s i n gh i d e - t e c h n o l o g y 【K e yW o r d s 】V i b r a t o r yB o w l F e e d e r , C A D ，m o t i o nc h a r a c t e r i s

17、 t i c ，d y n a m i cs i m u l a t i o n ，m o d e l i n g ，p a r a m e t r i cd e s i g n ，东南大学硕士毕业论文电磁式振动料斗及C A D 系统第一章概述第一节c D 概述一C D 简介计算机辅助设计( C o m p u t e rA i d e dD e s i g n C A D ) ，是一种利用计算机来帮助人们完成设计工作的技术。具体而言，它是在充分研究工程对象的功能和结构相互关系的基础上，在C A D 系统软件、硬件和有效的设计信息资源的支撑下，利用计算机强大的数值计算和符号推理能力来辅助设计人

18、员完成产品的全部设计过程的技术。C A D 技术的产生和发展，是由两个因素共同决定的。其一是计算机技术的飞速发展，使得大规模数值计算、逻辑推理、图形图像处理的电子化、数字化成为可能而且不断取得进步。其二是随着科学技术的发展和工业生产能力的扩大，工业产品更加精密和复杂，而市场对产品的需求则日趋多样化、高质量和短的交货期( 即时工厂的概念应运而生) 。技术实现的可能性和市场需求的必要性使得C A D 技术在工业各领域都获得了迅速的发展和广泛地应用。C A D 是信息时代的设计手段。世界已经进入信息时代，准确详实的信息呈爆炸性增长，信息资源曰益丰富，借助于网络技术，计算机搜索处理、存储、利用海量信息

19、( 有用的数据) 已经成为现实。与此同时，实践已经证明产品竞争力的核心是其中所含信息量( 附加值) 的大小，信息量大的产品在制造销售成本、内外在质量、使用成本和社会生态效益等方面都优于设计信息资源利用较少的产品。C A D 技术充分利用计算机技术这一强大的信息处理工具，辅助设计是能够处理与产品制造、销售、使用等各个阶段的信息并使之在最终的设计结果各参数中体现出来。总之，C A D 技术是科学技术和经济发展的必然产物，是整个现代制造技术的基础和核心。二机械c D 的研究方向机械C A D 在整个工程C A D 中占有极为重要的地位，目前正进入一个崭新的发展阶段。其重要的研究领域：1 基于特征的产

20、品信息建模技术目前机械C A D 中应用的几何造型技术只能生成产品的较低层次的几何信息，而没有尺寸、公差、材料特性、装配要求等高层次的信息，不能满足生产各阶段自动化的要求，更难以实现C A D C A P P C A M 的集成以及产品的并行设计。基于特征的产品信息建模是行之有效的方法。对具体的机械产品而言，特征是一组与产品的完全描述( 结构、尺寸、精度、材料、管理属性等) 相关的信息的集合，是设计师全部意图的总和。因此，基于特征的产品信息建模技术突破了传统的几何造型技术，解决了产品信息定义不完备的问题。基于特征的产品信息建模技术的研究已经取得了很大得进展。在产品的特征定义、特征信息及模型的分

21、类、特征的表达与描述、特征的自动化识别、产品特征建模方法、特征映射与转换、特征信息的传播等方面进行了有益的理论探索。对一些典型的简单零件已经开始建立相应的特征库和数据结构。产品的形状特征建模是产品信息特征建模的主要内容，是产品定义的核心，是产生其它信息的基础。基于特征的设计系统提供给用户设计产品额定手段有三种：形状特征库，用户自定义特征、形状特征的组合与修改。三者中形状特东南大学硕士毕业论文电磁式振动料斗及C A D 系统征库的建立是比较重要，也是较难处理和需要重点研究的问题。要充分发挥特征造型作用需要在三者之间进行综合权衡。因此，深入研究这三者的建立过程，正确处理好三者之间的关系，是今后研究

22、的重点。2 C A 0 的智能化技术传统的C A D 系统主要是提供方便的设计工具和手段来辅助设计工作，缺乏分析问题和解决问题的能力，适用于解决算法型以及确定型的任务近年来，人们已经将人工智能( A r t i f i c i a lI n t e l l i g e n c e ) 和专家系统( E x p e r tS y s t e m )应用于C A D 技术，使计算机对于非数值处理过程能利用专家的知识、经验进行一定的思考、推理、判断，从而达到智能化设计的目的。概念设计是整个设计过程中最为重要的阶段，是创造性最为集中密集的部分，它决定了最终设计的特色、水准、效益。由于概念设计的重要性，

23、一些专家学者已经提出了基于决策的概念设计过程模型，并且用超文本作了技术上的实现。决策模型有助于设计人员发挥其设计过程的灵活性，有助于描述、记录、支持整个设计过程。机械C A D 智能化的发展方向是：信息集成、数据封装与模快化；研究设计过程的本质和适合于计算机程序系统的设计原理，寻求有效的设计处理模型；建立合理有效的表达设计知识的模型；研究具有多方案设计能力的设计类专家系统的理论和实现方法。研究评价体系的特征和评价方法的特点；将神经网络( N e u r a lN e t w o r k ) 应用到C A D 系统中。C A D 的智能化将在以下几个方面得到不断地研究、发展。( 1 ) 系统的集

24、成化包括系统信息的集成，数据的封装和模块化，数据之间的交换和模块之间的通讯。( 2 ) 设计过程本质的认识应进一步研究适合于计算机系统的设计理论，并努力地寻找有效的设计处理模块。( 3 ) 设计知识的表示E S 的最大难点在于知识的表达，因而今后的研究着重于设计合理而有效的知识表达模型。此外，知识的自组织、自适应( 即所谓的学习功能) 也是一个研究方向。( 4 ) 多方案的设计设计类的E S 必须具有多方案的设计能力。( 5 ) 评价和决策好的评价决策系统才能产生好的设计结果( 6 ) 人工神经网络( A N N A r t i f i c i a lN e r v eN e t w o r

25、k ) 的应用以非线性并行分布处理为主流的A N N 的发展为机械C A D 的智能化研究开辟了崭新的方法，基于A N N 的E S 在处理模糊知识推理、知识学习和更新等方面明显优于传统的专家系统。3 C A D 的参数化技术参数化技术，也称为尺寸驱动，适用于设计对象的结构形状比较定型、可以用组参数来约定尺寸关系的情况。参数化技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动和修改图形的功能成为初始设计、产品建模以及修改、系列化设计、多方案比较和动态设计的有效手段。设计人员利用参数化技术可以大大提高那些只有尺寸发生变化的零件的设计效率，从而避免了重复性的劳动。近年来对于参数化技术已经提出了多种方法。其中，变动

26、几何法将几何约束转化为一系列以特征点为变元的非线性方程组，通过数值法解非线性方程组确定出几何细节；几何推理法采用谓词表示几何约束，通过推理机导出几何细节，能够检查约束模型的有效性，并通过对应的几何计算程序逐步确定出精确的几何模型。同时，这三种方法都存在一定程度的局限性。东南大学硕士毕业论文电磁式振动料斗及C A D 系统参数化技术实际上是一种约束模型，该模型包括图形的几何约束和拓扑关系约束。实现这些约束可通过解约束方程组或几何推理，但这个问题并没有很好地得到解决。当前主要有两个思路：一是将约束转化为一组多元方程，采用数学的方法进行研究，二是把面向对象的思想与参数化技术中的约束模型的建立及推理求

27、解结合起来，准备完整地描述复杂几何图形的几何信息，快速完成推理求解。4 C A D 的网络化技术近年来，I n t e r n e t 获得了巨大的发展，I n t e r n e t 已经深入并影响到我们生活的方方面面，“电子商务”的概念也已经深入人心，我们正在迎来一个网络时代。当经济开始面临压力的时候，那些设计还会保持它的夺目光彩吗? 回答是肯定的。如果公司明白设计作为一种概念能够将产品的繁荣延续到他们所能选择的所有方面，如果他们使用具有网络功能的设计技术，高效的进行设计思想交流，他们将在今天和明天的经济中实现巨大的飞跃。由网络技术提升的优秀设计将成为2 1 世纪商业的决定性因素。在当今的

28、世界，取得全面优势的关键在于应用因特网技术，实现企业内部思想快速的交流。早期的设计过程经常决定了所占用开发费用的大部分比例。如果设计师早期的工作是在封闭的情况下进行的，就会增加低效的风险。这就不奇怪，在A r t h u rA n d e r s e n 调查中表明，有8 2 的主管人员要求他们公司的设计方式以一种集成的方式而非孤立的。互连网技术是最为高效的设计集成方式，贯穿了整个商业过程并且超越了客户和供应商。它使设计具有高度的互动性，跨越了因低效造成的实际尺寸与设计师目测所产生的鸿沟。客户、销售人员和市场推广人员能够容易的在产品开发阶段，衡量出产品的商业价值，因而能够帮助创造出适应市场需求

29、的产品。操作人员能够评估项目或产品的开发费用，销售人员能够注意到产品可能产生的故障，由此有助于生产出更为经济的产品，缩短了产品投放市场的时间。当然，企业内部的电子通讯在一些时候已经可以扩大组织规模，能够承担在培训及合适的网络方面进行投资。但是互联网对低价位的适应性，使其能够顺应各种规模的企业，因而使其成为保持经济增长的强大动力。小规模的公司利用技术投资，可减少大量的资金投入和风险，这是设计与互联网联姻的主要优势。作为世界前5 大P C 软件公司中唯一的设计类软件供应商，A u t o d e s k 目前正在迅速扩展为新型的设计资源和数字化产品生成工具的供应服务商，以便向类别更为广泛的客户提供

30、居于世界领先地位的数字化设计手段和基于因特网专业门户站点的综合性服务。i D e s i g n 现已成为A u t o d e s k 的最新发展战略。其目的在于帮助设计师及其企业改造传统的设计流程，创造一种顺应人性而又充满魅力的设计环境，以便于设计师能在其中形象化地表现、高效率地研究发展和交流设计思想。A u t o d e s k正在通过三大技术途径使i D e s i g n 成为可能。E R C O 是一家德国的照明设备公司，凭借它的设计已使其脱颖而出。如何使自己的产品得到用户，尤其是设计师和建筑师的认可，却是一个难题。E R C O 解决了这个难题，它通过在网页上安装一个软件，可以

31、允许设计师进入网页后，点击照明产品，将它们作为智能化的对象拖放到设计师的设计图中。设计师通过转换角度、改变光照质量能够实际操纵灯光设备，并且可以在图面上实时地东南大学硕士毕业论文电磁式振动料斗及C A D 系统向客户或委托人显示出设备的价格信息及材料描述。5 C A D 的一体化技术在2 0 世纪的6 0 、7 0 年代，企业在其设计和生产过程中开始使用C A D 、C A M等新技术的应用在促进生产力发展的同时也带来了新的挑战。对于制造企业而言，虽然各单元的计算机辅助技术已经日益成熟，但各自动化单元自成体系，彼此之间缺少有效的信息沟通与协调，这就是所谓的“信息孤岛”问题。在这种情况下，许多企

32、业已经意识到：实现信息的有序管理将成为它们在未来的竞争中保持领先地位的关键因素。产品数据管理( P r o d u c tD a t aM a n a g e m e n t ，P D M ) 正是在这背景下产生的一项新的管理思想和技术。P D M 可以定义为以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术。P D M 进行信息管理的两条主线是静态的产品结构和动态的产品设计流程，所有的信息组织和资源管理都是围绕产品设计展开的，这也是P D M 系统有别于其他的信息管理系统，如管理信息系统( M I S ) 、物料管理系统( M R P ) 、项目管理系统(

33、P r o j e c tM a n a g e m e n t盼S y s t e m ) 的关键所在。在系统工程思想的指导下，用整体优化的观念对产品设计数据和设计过程进行描述，规范产品生命周期管理，保持产品数据的致性和可跟踪性。P D M 的核心思想是设计数据的有序、设计过程的优化和资源的共享。P D M 技术的发展可以分为以下三个阶段：配合C A D 工具的P D M 系统、专业P D M产品产生和P D M 的标准化阶段。( 1 ) 配合C A D 工具的P D M 系统早期的P D M 产品诞生于2 0 世纪的8 0 年代初。在当时，C A D 已经在企业中得到了广泛的应用，工程师们

34、在享受C A D 带来好处的同时，也不得不将大量的时间浪费在查找设计所需信息上，对于电子数据的存储和获取的新方法需求变得越来越迫切了。针对这种需求，各C A D 厂家配合自己C A D 软件推出了第一代P D M产品，这些产品的目标主要是解决大量电子数据的存储和管理问题，提供了维护“电子绘图仓库”的功能。第一代P D M 产品仅在一定程度上缓解了“信息孤岛”问题，仍然普遍存在系统功能较弱、集成能力和开放程度较低等问题。( 2 ) 专业P D M 产品通过对早期P D M 产品功能的不断扩展，最终出现了专业化的P D M 产品，如S D R C公司的M e t a p h a s e 和U O

35、S 的i l A N 等就是第二代P D M 产品的代表。与第一代P D M产品相比，在第二代P D M 产品中出现了许多新功能，如对产品生命周期内各种形式的产品数据的管理能力、对产品结构与配置的管理、对电子数据的发布和更改的控制以及基于成组技术的零件分类管理与查询等，同时软件的集成能力和开放程度也有较大的提高，少数优秀的P D M 产品可以真正实现企业级的信息集成和过程集成。第二代P D M 产品在技术上取得巨大进步的同时，在商业上也获得了很大的成功。P D M 开始成为一个产业，出现了许多专业开发、销售和实施P D M 的公司。( 3 ) P D M 的标准化阶段1 9 9 7 年2 月，

36、O M G 组织公布了其P D ME n a b l e r 标准草案。作为P D M 领域的第一个国际标准，本草案由许多P D M 领域的主导厂商参与制订，如I B M 、S D R C 、P T C 等。P D ME n a b l e r 的公布标志着P D M 技术在标准化方面迈出了崭新的一步。P D ME n a b l e r 基于C O R B A 技术，就P D M 的系统功能、P D M 的逻辑模型和多个P D M系统间的互操作提出了一个标准。这一标准的制订为新一代标准化P D M 产品的东南大学硕士毕业论文电磁式振动料斗及C A D 系统发展奠定了基础。P D M 系统的出

37、现，为C I M S 环境下的各个分系统之间的集成带来了新的平台和集成框架。所谓集成框架，是指在异构、分布式计算机环境中能使企业内各类应用实现信息集成、功能集成和过程集成的软件系统。P D M 正是这样的系统，它是一种以软件技术为基础、以产品为核心，实现对产品相关的信息、过程和资源进行一体化集成管理的技术。P D M 将计算机在产品设计、分析、制造、工艺规划和质量管理等方面的信息孤岛集成在一起，对产品整个生命周期内的数据进行统一的管理，为实现企业全局信息的集成提供了信息传递的平台和桥梁。为了做到这一点，P D M 在关系型数据库的基础之上加上面向对象的层，使得C A D C A P P C A

38、 M 之间不必直接进行信息的传递，所有的信息传递都可以通过P D M这样的中间平台来进行，从而克服了传统的3 C 系统之间( 尤其是C A D 与C A P P )集成的复杂性。同时，由于P D M 用计算机技术完整地描述了数字化的产品模型，因此，E P R 可以自动地从P D M 系统得到所需要的产品信息，比如B O M 等。第二节振动料斗概述自四十年代末开始使用直进式电磁振动料斗送料起，振动料斗的发展已经经历了半个世纪，可以说振动料斗的研究和发展是机械制造业5 0 年发展的缩影，从最初的机械驱动方式到电磁驱动方式再到以压电陶瓷为代表的晶体压电式驱动方式；从振动料斗最初依靠经验积累的人工修磨

39、到许多先进的制造技术，如计算机辅助设计( C A D ) 、动态仿真与控制( D S & C ) 、柔性制造( F M A ) 等都渗透到这一领域。一振动料斗的特点振动料斗是自动加工与装配系统中种非常高效的零件自动上料装置。同其它上料装置相比，振动料斗有以下特点：1 上料平稳，没有抓取机构，无机械传动，避免了工件的强烈搅动和撞击，故不损坏零件的表面和精度，可以传送薄壁、脆性、精加工的零件。而且结构简单，尺寸紧凑，性能可靠。2 整列，定向性能优良，可以做到1 0 0 定向3 上料效率高，如直径3 0 0 m m 的振动料斗，供料速度可达4 I O n , 分，而供料速度可以实现无级调速，

40、容易调节供料率。4 振动源多为电磁铁，压电陶瓷，取代了电动机，变速箱，动力消耗少，造价低。5 通用性好，可用于多种形状和大小的工件。但不适合有油物或特轻特薄的工件。二振动料斗的应用现状实际生产应用中，振动料斗常常与各种形式的给料器配合使用，形成一套供料系统，属于自动生产于装配线的辅助设备( 或称外围设备) 。从资料中可以看到，在工业发达国家或地区，尤其是美国、日本，对振动料斗的理论、设计与计算的研究比较深入与完整，也推出了许多新型与异型结构的振动料斗。在这些国家和地区中，振动供斗系统都有专门的厂家设计、生产、销售，技术比较成熟，产品也已经标准化、系列化和通用化。在文章中，曾经对我国从E l 本

41、引进的生产线及设备上的1 5 6 个大小不同、用途各异的振动料斗进行了调查统东南大学硕士毕业论文电磁式振动料斗及C A D 系统计，这些料斗的斗体绝大部分为钢板焊接结构，极少数为浇铸结构，焊缝处修磨精细，料道的表面及底锥表面全都涂敷耐磨材料，小型料斗喷涂耐磨塑料橡胶，大型料斗( 直径中5 0 0 以上) 粘贴耐磨塑料布，这样可以大大改善输送状况及环境，有效减小被输送件的磨损，提高了料道的抗磨性，增加了料斗的使用寿命，同时也减小了振动料斗工作期间零件与料斗的撞击所产生的噪声。定向料道多为不锈钢手工修磨而成，表面不涂敷材料。国内厂家的自动生产线或设备上的振动料斗大部分来自日本、韩国、台湾等制造业相

42、对发达的国家和地区，有一部分是国内制造或仿制。究其原因，恐怕是国内对振动料斗的理论、设计与计算进行全面深入和长久的研究，对于制造业来讲，由于缺乏理论的指导，至今尚未形成行业。总体上，我国的振动料斗的研究和开发目前尚处于一种相对落后的状态。东南大学硕士毕业论文电磁式振动料斗及C A D 系统第二章振动料斗的运动特性分析第一节振动料斗的分类振动料斗的结构形式繁多，使用的环境和状况各异，可按以下几种方式进行分类：图2 - 1 板弹簧式电磁振动料斗外形图图中l 为底座，3 为料斗，料斗由三根均匀分布的板弹簧2 支撑，在料斗下装有电磁铁。在料斗内壁有螺旋槽4 。一按振动料斗的激振方式可分为：1 电磁式振

43、动料斗这种形式的振动料斗是应用最为广泛的一种料斗形式。在电磁铁线圈输入交变电流，铁心和衔铁在磁力的作用下产生吸合运动，带动倾斜安装的支撑弹簧产生微幅往返扭振，料盘则在弹簧的作用下，作小振幅高频率的上下往复运动。2 压缩空气式振动料斗以压缩空气弹簧组成振动源，这种方式由于结构复杂、庞大，加之噪声大难以消除，目前以极少采用。3 机械式振动料斗以电动机、变速箱、编心马达、齿轮等机械传动装置作为振动源，结构比较复杂，价格较高，也已很少使用。4 压电晶体式振动料斗这是一种新型的，越来越广泛被采用的振动方式。弹簧钢片的两面都涂敷有压电晶体层，通过输入交流电压，压电晶体产生伸缩运动，驱使弹簧片进行往复弯曲弹

44、性变形，从而驱使料盘按所需的方式振动，实现工件的定向输送。二按振动料斗的料盘形状可分为：1 圆柱形料斗常用的料斗形式之一。有可拆卸和不可拆卸之分，料盘的结构相对简单，既可整体浇铸，也可以分体焊接。2 圆锥形料斗最常用的料斗形状。有可拆卸和不可拆卸之分；相对于圆柱形料斗而言输送效率高。3 椭圆形料斗椭圆形料斗非指料斗的形状是椭圆，而是指料槽的运动轨迹为椭圆。常用于一些特殊的场合。4 直线振动料斗较为常用的料斗形式之一，又称为直线振动输送器。5 分离底式振动料斗又称为浮动料斗，该料斗的最大特点是料斗圈查堕盔堂塑主璺些壅：旦型堕堡麴整兰垦羔型! j 垦塑黧凳斗鐾蒸未囊黧高蔷薯簇呈票萎富凳喜霉磊蠢釜薷

45、霎；豢晶# 鍪笔兰磊作时，其振动系统的固有频率不会因为零件的数量向觉剑影“同迷也足4 愀成眢嚣嚣暑鬈雾磊菇动料斗当零件的体积较大时，为了减少加料地珩0 麓冠箍基聱嚣繁掣麓差嚣黯醢蒜猫警飓次数；不等蚤磊篙粤蒜僦蒜禚群烈裂犏苇鬣。对千由瑟亲耋嚣章嚣嚣黧淼嚣震酮惆1 刊拟。于电磁式振动料斗还可以按照电磁铁的安装力式进仃万秀。第二节振动料斗的工作原理bc J图2 - 3 振动过程嘲一一一一一一一东南大学硕士毕业论文电磁式振动料斗及C A D 系统a ) 工件瞬时腾空时间 滑道下移回行时间b ) 工件瞬时腾空时间 滑道下移回行时间C ) 工件没有瞬时腾空时间器的铁心和线圈5 固定在底座6 上，衔铁4 固

46、定在料槽1 的底部。当电磁铁线圈通入交流电或经半波整流的脉动电流后，在电流从零上升到最大值的1 4周期内，电磁吸力逐渐增大，料槽在吸力的作用下，向左下方运动；当电流在下一个1 4 周期内，从最大逐渐减小为零，料槽在支撑弹簧回复力的作用下向右上方运动，由此不断产生往返运动。位于料槽上的工件在惯性力、重力和摩擦力的综合作用下便产生自左向右上升运动。图中，0 为振动升角，妒为弹簧倾角。实际上，零件在一个振动周期内，所作的运动轨迹是复杂的，其基本运动形式有三种：向上滑动、向下滑动和瞬时腾空。第三节振动料斗的工作特性分析尽管电磁式振动料斗的工作原理比较简单，但其精确的理论分析计算极其复杂。因为目前的电磁

47、式振动料斗的设计基本上是以经验为主，如料斗的升角口，振动方向角口，磨擦系数等关键结构参数的选取主要是依据查表而得，激振角频率则固定为5 0H z 或1 0 0H z 下面将在建立振动料斗的力学模型的基础上，对振动料斗的工作特性与其主要结构参数之间的关系进行了精确的理论分析计算。一工件在料槽中的瞬时腾空现象图2 4 工件受力图查塑盔堂塑主坐奎皇燮麴整兰堕鱼塑茎竺- - _ h _ - - _ = = 二二。一，o为讨论方便，建立如图2 - 4 所示的直角坐标系并假定振动料斗的振动为简谐振动：s = 罢( ( 2 一1 )式中的A 为振幅，为振动角频率，r 为时闻。则它的振动速度方程和加速度方程分

48、别为：矿：坐s i n r2 4d = C O S f分别将V ( 速度) ，a ( 加速度) 向X 轴和y 轴投影得圪= 掣c 。s 声s i n 国r( 2 2 )o = 掣s i n 卢s i n rq ：宰c 。s c 。s ，一( 2 _ 3 )口，：宰。i n 。脚，7Z以工件为研究对象，有力的平衡方程= m 嘭可得将口。代入，求得N 为N m g c o s 盘= m a 一一N = m g c 。s a + m c ：o _ 2 As i n c 。s f 一一( 2 5 )当工件瞬时腾空时，N 应该为零，因此可得出A爿：兰晕! 塑! 一2s i n 口C O S O 盯所以工

49、件产生瞬时腾空现象时的临界振幅为42 擎器S I D 一一。( 2 6 )( 2 7 )二工件在料槽中的滑移现象1 工件相对于料槽的向后滑移现象若工件相对于料槽的向后滑移，则工件所受的摩擦力f 的方向与x 轴的方向一致( 如图2 - 4 所示) 。设工件与料槽之间的摩擦系数为“，则有f = a N ，东南大学硕士毕业论文电磁式振动料斗及C A D 系统此时工件的加速度为口。由c = 埘a ：推得f m g s i n a = m a 建立联合万栏组：f 厂一m gs i n a 2 川口： 厂= 一一一( 2 9 )lN = m g c o s a + _ m c 0 2 As i n 卢c

50、。s 国r此时可以求得a ：口：g ( , u c o s o r - s i n 口) + m _ c o _ - A s i n 卢c 。s f 一一( 2 - 1 0 )若工件相对于料槽产生向后滑移现象，则有a 。= a ：求得4 ：塑旦唑型二堡竺! 一( 2 - 1 1 )m | s i n f l | l c 蟾8c o s o故工件开始向后滑移的临界振幅为：又4 = 擎器所以爿= 4 I , u 一- 。t 舻g a1( 2 一1 2 )( 2 一1 4 )2 工件相对于料槽的向前滑移现象同理，若工件相对于料槽向前滑移，则工件所受的摩擦力f 的方向与x 轴的方向相反。因此，这等价于

51、将上式中的“取反便可求得工件开始产生向前滑移的临界振幅为：A + 1 =4 I 业l”J + c t g p l3 a 、对工作特性的影响c t ，n 。n + 。n 。! i ；! ；j 芳 。A o A “( 2 一1 5 )( 2 一1 6 )瑚茹堡矿。且一壅堕查堂堡主望些壅皇壁壅堡垫塑墨竺垒里墨竺这说明不管口、取值多少，随着振幅的增加，工件的腾空现象总是产生在工件的向前滑移现象之后。( 2 ) 当口 a r c t g t 时，# t - t g a 0 。又由结构可知：岱+ 9 0 ，可推出“c t g p 1 一一一( 2 一t 8 )A 。l g a 一tc l g p + “4

52、 A + l 爿l 一( 2 一i 9 )也就是说当a a r c t g p 时，随着振幅的增加，工件先产生向后滑移现象，再产生向前滑移现象，最后才产生腾空现象。所以在设计振动料斗时，应使口 a r c t g # 。( 3 ) 当a 0 。此时应针对的取值分以下几种情况讨论：当口 0 ，A ) = 如型娑( 2 2 0 )“一c t g J如一4 一，= 坞! ：；! 二c ! t i 。i ；l J 拿 。一一“一( 2 2 1 )- ( 2 2 2 )说明此时工件先产生向前滑移现象，再产生瞬时腾空现象，最后才产生向后的滑移现象。但是，由于在一般情况下O 1 卢 9 0 0a r c t

53、 g M 可知p 6 3 5 0 ，这在实际的结构设计中是不被采用的，因为如此大的振动方向角会大大地降低振动料斗的上料速度。当口 9 0 。一a r c t g 生时，, 3 A + l A 一1东南大学硕士毕业论文电磁式振动料斗及C A D 系统说明此时随着振幅的增加。工件先产生向后滑移现象，再产生向前滑移现象，最后才产生瞬时腾空现象。当9 0 。一d ，c 喀卫 0，。c t g f l 一“一一一( 2 - 2 5 )A l A o A + l说明此时随着振幅的增加，工件先产生向前滑移现象，再产生瞬时腾空现象。4 零件三种基本运动产生的条件如果A 。表示料槽在工件移动方向上的最大振幅，则

54、当A A + 时，工件产生向上滑动。当A A 一。时，工件产生向下滑动。当A 。 A 。时，工件产生向瞬时腾空运动。一般说来有着下面的关系：1 A 一 A + 。 A 、。 A 。时，工件与料槽一起来回振动，不发生相对移动；2 A + ， A A 、。 A 0 时，工件相对于料槽向上滑动；3 A + 。 A 一。 A 。 A 。时，工件相对于料槽向下滑动；4 A + 。 A 一 A o 。一。二图2 - 5 力学模型由于初相位为零，则有： E F l = ：A 一心s i n c n o r ，一一( 2 - 2 8 )将上式代入( 1 ) 、( 2 ) 式可得l m l x i + ( k

55、l + 2 ) x l 一2 x 2 = A s i n c o r 一一一一( 2 2 9 )I m 2 x ；+ 2 ( z 2 一x I ) = 一A s i n c o r 一一一一一一一( 2 3 0 )假定此微分方程组的特解表示该系统的强迫振动，则有：f x l = A ls i n c o f 一一一一一一一一一一一一一一一一一( 2 3 1 )I x 2 = A 2s i n c o r 一一一一一一一一一一一一一一一一( 2 3 2 )其中，A ，A ，分别表示刚体l 和刚体2 的强迫振动的振幅函数，它们应满足如下代数方程组：I ( 一m 1 0 2 , 2 + k l4 -

56、 k 2 ) A l k 2 A 2 = A 一一一一一一一一一( 2 3 3 )【一J j 2 A l + ( 一，竹2 脚2 + 七2 ) 4 2 = A 一一一一一一一一一一一( 2 3 4 )为了简化方程，可令：! ! 生：A ，蔓：6 ，蔓：c ，A ：Q 。，A ：Qm lm tm 2m Im i1 4东南大学硕士毕业论文电磁式振动料斗及C A D 系统代入( 2 - 3 3 ) 、( 2 - 3 4 ) 式并解得I4 ，= i 五Q 二I z ( i c i - i ；c o _ = 2 雨) - b Q I 一一一一一一( 2 3 5 )1 爿，：j ! 望羔主j ；d 氅一一

57、一一一一( 2 3 6 )r 一( c 一2 ) ( A 一2 ) 一b c用函数( 2 ) 表示分式中分母，若k ( c 0 2 ) = 0 则有：k ( c 0 2 ) = ( A 一脚2 ) ( c C 0 2 ) 一b c = 0 一( 2 3 7 )这样一来，式( 2 3 5 ) 、( 2 3 6 ) 的4 。，A 2 将趋向于。显然，k ( c 0 2 ) 就是系统频率方程。k ( c o ) = 0 的两个根分别为0 9 l ，0 1 2 ，若有= 9 0 1 ，或= 2 ，则系统发生共振。二最佳工作状态分析下面从振幅A 和频率两个方面来讨论振动料斗的工作情况：1 引入x 。=

58、_ A ，表示在干扰力幅值作用下的静变形。旷倍，f f ：2 m ! 的目有频率妒压：的固有孵口t ：堕，为两个刚体的质量比m 2做出两部分的A C O 幅频特性曲线。假设系统共振。= ：，且= ，则有如A - - - - - - C O 图a图2 6A 一一C O 的幅频特性曲线东南大学硕士毕业论文电磁式振动料斗及C A D 系统由图2 6 可清楚地看到，当旦= 1 0 时，A ，= 0 ，由此得出，当振动料斗1的激振频率。等于脚。部分的固有频率时，其振幅为0 。；| 匿鞋 氐；剿! 卜：_ ：_ 广产 ：叫图2 7A 一一曲的幅频特性曲线由A ，= 0 可得：Q 2 ( c 一0 9 2

59、) - b Q l = 0在一般情况下一 2 ，令= 。，则有：2 = k 2 = 2 。由此可得，振动料斗的最佳工作状态应接近与共振状态。2 引入频率比 = 旦和动力放大系数7 7 ( 又称之为振幅比) ，叩= 粤，从爿1图2 - 6 ，2 - 7 可以看出：当旯= l 时，7 2 生A I 最大，此时为共振区；当旯 l 时，7 2 生A I 略有降低，此时为亚共振区，料斗能够稳定工作当五 1 时，在过共振区工作，料斗不能稳定工作。第五节运动学参数的选择与计算一料槽的螺旋升角a 的选取料槽螺旋升角的大小，对振动料斗的生产率、槽体的磨损情况与料斗尺寸的大小都有影响。从( 2 2 ) ( 2 -

60、 6 ) ( 2 - 1 5 ) 式综合后可以得出：銮南大学硕士毕业论文电磁式振动料斗及C A D 系统V ：g e C O S ( Z f 型丝竺f s i n f甜s i n f iL + c t g f l J( 2 - 3 8 )从式中可看出，螺旋升角口越小，则零件的运动速度越大。因此，螺旋升角a 尽可能选择小一些，但若口值太小，而零件的高度( 或直径) 尺寸又较大时，则必然带来料斗的直径D 增大( 料斗直径D = 兄。，t 为螺距) ，整个料6 讪斗的结构尺寸增大，因此，口也不能太小。反之，若口增大时，零件的运动速度减小，当口增大到某一极限值时，零件便不能向上滑动。由第三节可知，零件向上滑动的条件是