基于典型散热片振动送料器的系统研究

基于典型散热片振动送料器的系统研究（摘要本文针对一种典型结构散热片振动送料器的系统进行设计，首先对散热片零件的质量、尺寸和与振动盘间的动摩擦系数进行了分析，然后对的料盘进行分析，对振动盘的分析又包括散热片零件在振动盘轨道上的受力分析、振动盘轨道设计、振动盘的控制电路和对振动盘的强度模拟仿真。采用特殊形状轨道对零件进行正确筛选，采用力学、运动学知识对零件在轨道上分析，采用SOLIDWORKS软件的SIMULATION功能对振动状态分析，采用调电压对振动盘振幅的控制，从而对进给速度的控制。该系统对散热片零件给料实现正确高效的送给。关键词散热片定向给料SIMULATION运动中图分类号TP278文献标识码ADESIGNOFTYPICALSTRUCTUREHEATSINKAUTOMATICASSEMBLYSYSTEMABSTRACTANAUTOMATICASSEMBLYSYSTEMISDESIGNEDFORAKINDOFTYPICALSTRUCTUREHEATSINKINTHISPAPERTHEREAREATOTALOFEIGHTPROCESSESWHICHINCLUDEFEEDINGOFBIGWORKPIECES,DRILLING,TAPPING,FEEDINGOFSMALLWORKPIECES,CLAMPING,DETECTING,BLANKINGANDCLEANINGOFTHEEQUIPMENTALLTHEPROCESSESAREUNIFORMLYDISTRIBUTEDINTHEINDEXINGPLATEAROUNDTHECAMSEPARATORISUSEDTOREALIZEHIGHPRECISIONROTARYINDEXINGTHESPECIALFIXTUREISAPPLIEDTOCLAMPWORKPIECEAUTOMATICALLYSPIRALVIBRATIONPLATEISADOPTEDTOFEEDMULTIPLESPINDLEUNITISUSEDFORDRILLINGANDTAPPINGTHEFIVEMANIPULATORSAREEMPLOYEDFORASSEMBLINGTHEWORKPIECETHESYSTEMISCONTROLLEDBYSIEMENSPLCTHEKINDOFHEATSINKCOULDBEASSEMBLEDAUTOMATICALLYWITHHIGHEFFICIENCYKEYWORDSHEATSINKAUTOMATICASSEMBLYMANIPULATOR电磁振动给料器是自动装配系统中一种常用的自动供料装置，它有上料速度快、定向筛选性能好、工作稳定可靠、通用性好、供料速度易控制等优点1。目前振动给料器还存在一些给料量准确性、稳定性、可控性差的特点2，浙江师范大学的骆有东对影响振动给料器给料的因素进行了有效的分析3。本文提到的散热片振动给料器系统研究，是针对目前企业生产效率低，缺乏自动化流水生产线，对零件自动化装配品种的不足等情况而设计的。该系统运用SOLIDWORKS软件的SIMULATION建立运动模型，MATLAB软件对数据分析，PLC控制。本文对振动给料器系统多个方面进行了有效系统的分析。1散热片结构介绍11散热片基本尺寸图1是散热片零件，其制作材料为铝，外型为长方体，其标准件长度为50MM，高为25MM，厚为226MM，散热片的齿部很薄，而其根部的板厚度大，顶部有一槽，用于插放焊针。图1散热片零件12散热片零件的各项参数的分析零件的参数决定着振动给料器轨道的外形、倾角和给料器振动频率、振幅的设计，所以对散热片零件参数的分析非常有必要。下面通过MATLAB软件对通过测量的多组零件数据进行分析。图2散热片的长度与质量如图2所示，散热片零件的质量粗略的服从正态分布，其均值大概为227G。散热片零件的长度在测量的32个数据当中，在测量误差范围内，其中27个为50MM，所以在加工误差上看，可以把所以散热片零件的长度当做50MM，由于散热片零件的宽、高是标准生产，只有长度是最后切割而成，所以可以对散热片的高、宽不加以分析，而认为其高为25MM，宽为226MM。图3散热片与轨道的动摩擦系数零件与导轨的摩擦系数与材料有关，还有接触表面的粗糙程度有关，这组摩擦系数数据用简易法测定，简易法虽然测量的随机误差比较大，但当进行20次测量时，其置信度能达到95以上，本研究测量了50次，所以完全能达到测量精度。如图4所示，零件和直尺放在水平光滑的平面上，三角直尺沿A方向运动，则零件的受力分析如图4所示，因为零件相对直尺沿斜面向下运动，则零件与直尺间的摩擦力方向F相对斜面向上，所以直尺与零件摩擦力方向的夹角为，而零件与水平面摩擦力与直尺运动方向的夹角为A，N为直尺对零件的支持力，U13为零件与水平面见的动摩擦系数，W为零件的质量。所以，把力正交分解得NU13WSINA41FU13WCOSA42设零件与直尺间的摩擦系数为U12，则U1243FNERRORNOBOOKMARKNAMEGIVENFF由（41），（42）和（43）得TANA41U12TANU12TAN4为了容易测量U12，另45则（44）变为TANA41U121U125图4测摩擦系数原理受力分析图图5摩擦测量装置原理图5中的角为零件运动方向与直尺垂直方向的夹角，且与图4中的角A之和为45，因为TANA，有数学知识两角和与差的正1U121U12切公式，我们容易算的TANU12，所以当直尺边缘固定振动盘导轨材料，在刻度尺上取1个单位，并均匀从0到10划分刻度，使刻度尺如图所示方向匀速运动倍的单位，此时可以直接读出2U12的值。2振动盘的分析21零件在振动盘轨道上的受力分析图6是振动盘给料器，其轨道是螺旋型的，但在轨道上的任意一小段都可以看成是一段近似的直线轨道，这个直线轨道与水平面倾斜成一固定角度。料盘在通电后，随电磁力做周期运动。在衔铁和板弹簧的约束下，料盘做扭转运动，由于扭转角度和幅度较小，这种周期扭转的空间运动可以近似的看成平面运动。这将大大的简化零件在轨道上的受力分析。图6如图7所示，由振动力学我们容易知道简谐运动的惯性力为MA2SINT，另A0A2SINT为惯性加速度，假设振动惯性力MA0与水平面夹角为（），其中为轨道倾角，即为振动惯性力的方向与轨道的夹角，F为摩擦力，M为零件质量，A为振动盘的振幅，N为轨道对零件的支持力，T为时间变量，其中为振动角频率，与振动频率F有关，2F。要想零件在轨道上出现向上送给，把各力向平行轨道与垂直轨道上分解，在一个振动周期内，满足临界状态条件MA0COSMGSINF11时，其中FN（MGCOSMA0SIN）12N013上式中为零件与轨道的静摩擦因数，由（11）、（12）和（13）得14A0GSINCOSCOSSIN且F16此时F（MGCOSMA0SIN）17和式（13），其中NMGCOSMA0SIN0恒成立。由（16）（17）得18A0GCOSSINCOSSIN其中17式成立条件COSSIN0，由于一般条件下，286M/S2在一个周期0,360内355T1445综上，振动盘振动的加速的在呈正弦周期变化时，在42，355U1445，1758上，零件正向给进；在1841，3559上反向滑动；在355，1445上跳跃先前运动；其余范围上相对轨道静止不动。图8为零件运动的情况。图8零件运动情况12振动盘轨道设计如图41所示，当一批零件在设计的轨道上轨道上给进时，零件运动经过较窄轨道4时，由于零件重心因零件的状态不同而在轨道上的位置不同，处于状态2、3的零件的重心在轨道内,所以能顺利通过。而处于状态1的零件的重心在轨道外,所以其将掉入振动给料器的料盘。图91散热片在轨道中给进的状态1散热片状态1；2散热片状态2；3散热片状态3；4振动盘窄轨道如图92所示，零件在给进过程中，由于轨道5的螺旋倾斜形状，零件从状态1，逐渐经过状态2、3，最终达到需要的4状态，从而实现给料的高效率。图92散热片在轨道中给进的状态1散热片状态1；2散热片状态2；3散热片状态3；4散热片状态4；5振动给料器轨道图93散热片在轨道中给进的状态1轨道；2散热片状态1；3散热片状态2；4挡板；5散热片状态3；6散热片状态4图101图102图10振动盘轨道如图93所示，零件经过挡板4时，因为挡板与轨道的固定距离，只有状态5的零件能被挡板划进，而状态1、2的零件将被挡板剔进振动给料器的料盘，而状态5的散热片将顺利通过挡板并进入状态6，6状态是我们需要的装配状态。轨道的设计，需要根据零件的特征和零件的安装位置而设定，该振动盘轨道需按顺序经过图91、图92、和图93所示去设计，一个合理的轨道设计将大大地提高合格的零件的进给效率，进而实现生产的高效化。整个散热片零件进给可以总结为零件从料斗底部随着振动的振动，沿轨道进给，零件首先经过图91的窄轨道时，把横向进给的1状态的零件剔除到料斗中，而竖向给进的2、3状态零件能顺利通过，零件再继续通过如图92轨道，零件将顺着轨道，逐渐从平躺状态变成竖直状态，然后，零件经过图93所示轨道，93所示导轨中的挡板将剔除不合格状态的零件，最终使零件以正确的状态从出料口送出，整个进给过程中，掉进102轨道中的零件将从101轨道中的缺口回到进给轨道中来。2送料器控制电路21电路分析由于振动盘的工作受很多因素的影响，但最主要的方法还是通过调节振幅和频率，而此系统是通过调节振幅来控制振动盘。目前国内主要采用的振幅调节方法有41采用调压器调节振幅，这种调节方法的优点是调节范围大，但是不易实现自动控制。2采用可变电阻调节振幅，这种调节方法又可分为串连型和并联型，前者的损耗较大，而后者均匀性较差，所以都只适用于小型电振机。3采用晶闸管整流器调节振幅，这是目前电振机中使用比较广泛的一种控制方案，其工作原理是在工频周期内产生移相触发脉冲，触发晶闸管的导通与否，进而调节给料量大小的目的。目前多采用模拟电路来调节晶闸管导通角，最典型的是阻容移相控制电路和单结晶体管触发电路，它们的优点有能实现闭环自动控制，大大简化控制系统，并且可以在一定程度上提高精度；控制系统能量损失少；体积小、成本低。它的缺点是功率因数低；调节过程非线性；调节范围窄；受环境温度、电源浪涌和火花脉冲的影响，工作不稳定可靠性不高；电路复杂，且不易实现与计算机连接构成闭环反馈控制。如图11所示，其中INPUT是电路输入端，Q1是双向晶闸管，R5是个可变电阻，R1为压敏电阻，D1，D2为二极管，当开关S1闭上，S2打开时，调节可变电阻R5阻值，就能控制电容C3两端的电压，当C3右端的电压值达到某值时，通过R3、D2、D1的电流就能使Q1导通，当Q1上下两端的电压换向时，Q1又将变得不导通，由于交变电流的周期性，调节不同的R5阻值，C3右端电压达到Q1导通的时间也不一样，从而控制了Q1的导通圆角，最终使得OUTPUT端输出的电压不同。当S1、S2同时闭上，原理和上面一样，只是此时输入的是全波。电路中压敏电阻R1是起保护电路的作用，而Q1并联C4利用电容电压不能突变的特性吸收可控硅换向时产生的尖峰状过电压，把它限制在允许范围内。C4串接电阻R6是在可控硅阻断时防止电容和电感振荡，起阻尼作用，另外阻容电路还具有加速可控硅导通的作用。图11振动给料器控制电路3振动给料器模拟仿真31分析振动给料器的噪音源32振动盘强度分析33防振的措施图10程序流程框图4结论基于典型散热片振动送料器的系统研究是对于给定零件再设计轨道的，所以对于给定零件的各项参数需要分析，再根据零件的特点和各项参数设计出轨道，当轨道设计好后，需要计算零件的给进速度和是否能达到生产的需要，所以我们需要对控制振动盘的电路需要研究，器电路是根据调节电路电压从而控制振动盘振动振动幅度来控制进给的