[發明專利]夾心式縱振換能器裝配在線監測及施加預緊力方法及裝置

有效

• 申請號: 201810548221.0
• 申請日: 2018-05-31
• 公開（公告）號: CN108918014B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 趙波;常寶琪;原路生;李鵬濤;王毅;王曉博;趙重陽;高國富;向道輝;焦鋒
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01L5/22
• 分類號: G01L5/22;B23P21/00
• 代理公司: 鄭州金成知識產權事務所(普通合伙) 41121
• 代理人: 郭增欣

1.一種夾心式縱振換能器裝配在線監測及施加預緊力方法，包括以下步驟：

（1）.組裝振動變幅器：將換能器和變幅桿進行一體式設計，將換能器部分和復合變幅桿部分分別進行1/4波長理論設計，并在1/4復合變幅桿圓錐過渡段上開設螺旋結構的螺旋槽，從而使原來的縱振轉換為縱扭復合振動；換能器由四片壓電陶瓷片、四片電極片、后端蓋和連接螺栓組成，通過連接螺栓將換能器與復合變幅桿連接起來，形成一體式螺旋結構縱-扭復合超聲振動變幅器；

（2）.連接電極：相鄰兩片縱振壓電陶瓷片之間、其中一片縱振壓電陶瓷片與后端蓋之間均設置有一片電極片，壓電陶瓷片均沿厚度方向極化,且相鄰兩片縱振壓電陶瓷片的極化方向相反、正負極性相同，電極片兩兩相連，正極與正極連接、負極與負極連接，形成兩對電極且兩對電極片成180度對稱分布；

（3）.安裝模具：模具為臺階式筒狀結構，在模具的上端側壁上設置兩個成180度的壁槽，兩對電極片對稱均勻分布在兩個壁槽內，與槽壁相接觸成180度，模具下方通過帶有螺紋的壓片將變幅桿的法蘭與模具相連，使模具在加扭過程中保持靜止，從而使兩對電極片在加扭的過程中，保持上下左右對齊；

（4）.安裝監測部件：兩對電極片分別與阻抗分析儀的兩個接線夾相連，計算機分別與阻抗分析儀和機械手臂相連，機械手臂的外端設置有力矩扳手；

（5）.在線監測：振動變幅器組裝后，豎立放置三爪卡盤中，通過夾緊變幅桿而固定整個振動變幅器，且放置過程中需嚴格保證整個變幅器的垂直度；計算機發出指令使機械手臂運動，通過力矩扳手給振動變幅器的連接螺栓施加扭矩而完成壓電陶瓷片的壓制，阻抗分析儀采集兩對電極的參數，并傳輸給計算機生成圖形；計算機將得到的數據進行圖像和數據處理，生成導納圓圖和對數坐標圖以及一系列參數，計算機再根據導納圓圖、對數坐標圖和上述參數對壓電陶瓷片的狀態進行分析，將計算出的運動參數傳輸給機械手臂的控制中心，控制機械手臂做出相應的動作，從而使壓電陶瓷片的各種參數趨于完善；

所述一系列參數包括：諧振頻率Fs、反諧振頻率Fp、半功率點F1與F2、最大導納Gmax、靜電容C0、動態電抗R1、動態電容C1、動態電感L1、自由電容CT、自由介電常數、機械品質因素Qm和機電耦合系數Keff、Kp、K31、K33。

2.根據權利要求1所述的夾心式縱振換能器裝配在線監測及施加預緊力方法，其特征在是：裝配之前，將各零件中接觸面、圓周面精磨，達到粗糙度及跳動要求，相鄰壓電陶瓷片縱向極化方向相反，電極片均勻分布在壓電陶瓷片之間。

3.根據權利要求1所述的夾心式縱振換能器裝配在線監測及施加預緊力方法，其特征在是：裝配中，壓電陶瓷片、電極片及各接觸面需進行凈化處理，保證潔凈度要求。

4.根據權利要求1所述的夾心式縱振換能器裝配在線監測及施加預緊力方法，其特征在是：機械手臂的操作端應保持和換能器緊固螺釘在同一水平面，保證變幅器只受到水平面的扭矩作用，施加預緊力前，需根據理論和經驗給機械手臂設定最大輸出力矩和加速度，防止因為預緊力過大，而使換能器失效。