纵径耦合振动的超声滚动焊接装置的制作方法

1.本实用新型属于超声设备技术领域，具体涉及一种纵径耦合振动的超声滚动焊接装置。


背景技术：

2.超声波无纺布焊接与超声波塑料焊接原理类似，是对一些具有热塑性材料性质的化纤布料或含有化纤原料的混纺布料进行缝合(焊接)，可归类为超声波塑料焊接的一种。与传统缝衣机装配针、线及线轴进行缝合的技术相比，能够提高生产效率，且缝合花边外观、质量均有提高。其可应用于成衣花边、床套、枕头套、电视机套、汽车篷盖、沙发套、风衣、雨衣、鞋类、帽子、旅行袋、帐篷、包装袋、pvc手提袋、包装食品的薄膜、餐巾纸等缝合。在现代化的服装等加工业中具有广阔的应用前景。随着行业的发展，在一些特定的无纺布焊接领域，如尿不湿、女性卫生巾、口罩机等高速焊接领域对超声振动系统提出了一些新的更高要求：功率更大、焊速更高、焊面更大，焊质更高、焊接密封性更好。
3.传统无纺布焊接领域中通常由一个固定的超声焊接底模和一个旋转的滚轮对多层无纺布进行焊接。但是超声底模和辅助滚轮线存在行进速度的差异，会引起产品起皱、焊接密封性差等焊接质量问题，焊接速度也受限；同时焊接过程中，辅助滚轮对超声底模的纵作用力能直接传到至换能器，对换能器极易造成损伤。
4.如图1所示，传统无纺布焊接设备的超声波振动部分由换能器111、变幅杆112和焊接工具头113通过螺栓同轴连接而成；该装置的固定装夹部分主要包括固定法兰121和固定法兰后盖122，固定法兰121与变幅杆112的法兰相连接。焊接设备在使用前，通过固定法兰121与外部安装支架进行固定。焊接过程中需要辅助滚轮131的旋转辅助无纺布的进料和出料；同时辅助滚轮131需提供足够的刚度以满足在焊接过程中焊接工具头113给予的焊接压力。在该焊接设备中，焊接工具头113的超声作用方向是一个平面，辅助滚轮只能在超声面上滑动。由于两者存在线速度的差异，在一定压力下会引起多层无纺布产品起皱、焊接密封性差等焊接质量问题。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供了一种纵径耦合振动的超声滚动焊接装置。
6.为解决技术问题，本实用新型的解决方案是：
7.提供一种纵径耦合振动的超声滚动焊接装置，包括超声波振动部分，是由超声波换能器、变幅杆和滚焊工具头通过螺栓同轴连接而成；该装置还包括固定装夹部分，其组成部件包括：导电滑环、同步带轮、支撑板、轴承、轴承定位套筒和固定外壳；圆筒状的固定外壳同轴套装在变幅杆的外部，且其一端与滚焊工具头上呈径向凸出的法兰实现固定连接；在固定外壳的外部同轴套装有一个同步带轮和两个轴承(用于使超声波振动部分可以在外部电机带动下进行旋转)，两个轴承之间设有轴承定位套筒以保持间距，轴承外圈紧固安装
在支撑板中(起固定安装和旋转隔离作用)；一个导电滑环同轴固定连接于换能器外壳的端部(起导电和旋转隔离作用)。
8.作为优选方案，换能器与变幅杆、变幅杆与滚焊工具头之间，分别通过螺栓紧密连接。
9.作为优选方案，所述滚焊工具头包括一体加工而成的端部圆盘结构和轴向变幅杆结构，整体截面呈t形；圆盘结构的径向谐振频率和变幅杆的纵向谐振频率在滚动焊接的耦合振动过程中是一致的。
10.作为优选方案，固定外壳的端部通过螺栓与滚焊工具头的法兰固定连接(起固定和超声隔离作用)。
11.作为优选方案，所述同步带轮位于固定外壳的一端，与相邻的轴承之间设有环状的卡套。
12.作为优选方案，所述换能器与变幅杆之间设防震垫片，防震垫片外侧设有防震垫片后盖，后者通过螺丝安装在固定外壳上(起到固定和超声隔离作用)。
13.作为优选方案，所述滚焊工具头上呈径向凸出的法兰位于节点处，固定外壳的端部通过螺栓与法兰固定连接；在固定外壳的外部依次同轴套装轴承、轴承定位套筒、轴承、卡套和同步带轮，两个轴承的外圈各自紧固安装在单独的支撑板中或者安装在同一个支撑板中。
14.本实用新型中，超声波换能器可根据实际需要的功率和谐振频率进行选择。超声波变幅杆可根据实际需要选择不同的放大倍数和谐振频率。滚焊工具头可根据实际需要选择不同的尺寸和谐振频率。但是，三者的谐振频率必须一致。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
16.1、本实用新型解决了纵径耦合振动系统的超声隔离、固定方式和旋转方式存在的冲突协调问题，提出一种全新的结构，可以确保超声波振动部分在其共振频率处达到最佳的振动效果，且在该振动频率下，可以确保超声波振动部分和固定装夹部分的超声有效隔离。同时，可以实现超声波振动部分的高速旋转功能。
17.2、本实用新型中，滚焊工具头的超声作用面是其径向面，该超声作用面可以与辅助滚轮径向面同步滚动，从而实现线速度同步；在焊接的同时实现平稳送料，从而避免了焊接过程中挤料的问题，进而可以在不同的材料厚度上可以实现更好的焊接密封。
18.3、因为滚焊工具头和辅助滚轮的焊接面线速度同步解决了挤料问题，所以滚焊工具头和辅助滚轮间便可以允许更大的焊接压力，进而在同振幅的情况下可以显著增大焊接速度。
19.4、焊接过程中，滚焊工具头径向表面上受到的冲击力不会直接作用至换能器，大大降低了换能器损坏的风险。
20.5、根据需求，滚焊工具头的焊接宽度可以进行设计，且单边变幅杆设计，安装便捷。可以满足大多数焊接场景的使用。
附图说明
21.图1为现有技术中传统无纺布焊接设备的结构示意图；
22.图2为本实用新型的结构示意图；
23.图3为本实用新型中固定装夹部分的放大示意图。
24.图4为本实用新型的三维示意图。
25.附图标记说明：
26.换能器111；超声波变幅杆112；焊接工具头113；焊接辅助滚轮131；固定法兰121；固定法兰后盖122。
27.超声波换能器(连外壳)211；防震垫片212；变幅杆213；滚焊工具头214；导电滑环221；防震垫片后盖222；同步带轮223；卡套224；支撑板225；轴承226；轴承定位套筒227；固定外壳228。
具体实施方式
28.下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的具体说明。
29.图2、3展示了本实用新型提供的纵径耦合的超声滚动焊接装置，包括超声波振动部分和固定装夹部分两部分。其中，超声波振动部分，是由超声波换能器(连外壳)211、变幅杆213和滚焊工具头214通过螺栓同轴连接而成。
30.固定装夹部分的组成部件包括：导电滑环221、同步带轮223、支撑板225、轴承226、轴承定位套筒227和固定外壳228；圆筒状的固定外壳228同轴套装在变幅杆213的外部，且其一端通过一圈螺栓与滚焊工具头214上呈径向凸出的法兰实现固定连接；在固定外壳228的外部依次同轴套装第一轴承、轴承定位套筒227、第二轴承、卡套224和同步带轮223。两个轴承226(第一轴承和第二轴承)之间设有轴承定位套筒227以保持间距，两个轴承226的外圈各自紧固安装在单独的支撑板225中(或者安装在一个更大的一体式支撑板中)；同步带轮223位于固定外壳228的一端，与相邻的轴承226之间设有环状的卡套224。换能器与变幅杆213之间设防震垫片212，防震垫片212的外侧设有防震垫片后盖222，后者通过螺丝安装在固定外壳228上。导电滑环221同轴固定连接于换能器的外壳的端部。
31.滚焊工具头包括一体加工而成的端部圆盘结构和轴向变幅杆结构，整体截面呈t形；端部圆盘结构的径向谐振频率和轴向变幅杆结构的纵向谐振频率在滚动焊接的耦合振动过程中是一致的。呈径向凸出的法兰位于轴向变幅杆结构的节点处。
32.节点是超声领域的一个专业用语，是指结构在某阶固有频率下，振型与原来形状的交汇节点，振动过程中位移为零处。变幅杆在其一阶纵向振动过程中，存在一个位移为零的截面，固定法兰一般设计在这个位置。
33.在使用前，通过支撑板225将该超声滚动焊接装置固定在工作台的安装支架上，并将滚焊工具头214对准设于工作台上的辅助滚轮。将外设的接电端子搭接在导电滑环221上，用于装置供电。导电滑环负责将超声驱动电源的电信号输入到换能器上。由于本结构是一个旋转结构，故使用导电滑环来传输电能。
34.该超声滚动焊接装置的工作原理基本如下：
35.(1)超声波的产生及输出：
36.在对应频率的交流电激励下，换能器将电能转化为超声振动的机械能，然后透过防震垫片212将超声振动输入到变幅杆213中，变幅杆213将振动进行放大，并输入到滚焊工具头214上，经过滚焊工具头214的振动模式转化，将纵向超声波振动转化为径向超声波振动，进而产生所需超声输出。
37.(2)超声波振动部分的固定和超声隔离：
38.通过固定外壳228两端分别与滚焊工具头214和防震垫片后盖222进行连接固定，可以确保固定强度；根据超声原理，通过节点处固定设计以及防震垫片结构，可以实现超声波振动部分和固定装夹部分的超声有效隔离。
39.(3)旋转的传递和隔离：
40.通过卡套224和同步带轮223依次固定在固定外壳228上，使设备可以在外部电机带动下进行旋转。通过双轴承226(第一轴承和第二轴承)和导电滑环221，可以实现超声系统旋转部分和固定部分的旋转隔离。双轴承225确保了旋转时的稳定性，导电滑环221确保了旋转时电信号的正常激励。
41.本实用新型解决了纵径耦合振动系统的超声隔离、固定方式和旋转方式，可以确保超声波振动部分在其共振频率处达到最佳的振动效果，且在该振动频率下，可以确保超声波振动部分和固定装夹部分的超声有效隔离。同时，可以实现超声波振动部分的高速旋转功能。旋转工具头和辅助滚轮的滚动接触，不仅提高了焊接质量，也提高了焊接速度，还减小了焊接过程中对换能器的冲击力。
42.上述实施例只是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何对本实用新型简单交换后的方案均属于本实用新型的保护范围。