本发明专利技术公开了一种谐振冲击式压电旋转马达，由压电扭转圆管、金属圆管、和金属套筒构成具有对称结构的压电复合定子，利用金属套筒调整压电复合定子的一阶扭转振动固有频率和三阶扭转振动固有频率满足1：2关系，金属圆管内壁左右两端分别对称安装轴承并贯穿旋转轴，旋转轴一端安装环形耦合器与金属圆管对应端管口端面接触，另一端安装的螺母和弹簧调整接触预紧力。本发明专利技术采用对称的压电复合定子结构，加工、安装方便，采用螺纹紧固的金属套筒，可灵活调整压电复合定子的一阶扭转振动固有频率和三阶扭转振动固有频率的比值。
【技术实现步骤摘要】
一种谐振冲击式压电旋转马达
本专利技术涉及微型驱动器领域，具体是一种谐振冲击式压电旋转马达。
技术介绍
压电马达是一种利用压电元件的逆压电效应激发定子产生微幅度的振动，在定子表面特定点或区域形成具有特定轨迹的质点运动，通过定子与动子之间的摩擦耦合实现机械能输出的新型马达，压电马达具有位移分辨率高、能量密度大、响应速度快、抗干扰能力强等优点，在精密定位平台、微型操作手等众多精密驱动系统中有重要的发展潜力和应用价值。压电马达按照工作原理大致分为驻波、行波、尺蠖、冲击式等类型，各类型压电马达有着不同的优缺点和用途。驻波和行波马达统称超声马达，通过压电定子的双模态谐振叠加形成末端的椭圆运动，从而驱动动子产生单方向的连续运动，这两类马达工作在谐振状态，具有运动速度快、输出功率大等特点，但位移分辨率较低，适合功率输出场合。尺蠖式马达通过特定的箝位、位移时序作用实现滑动部件与驱动机构之间的相对步进运动，具有力输出能力强、步距稳定等优势，但结构相对复杂、运动速度极低，适合低速精密定位场合。冲击式马达利用锯齿波电压激励定子产生周期性不对称运动，在惯性冲击作用下产生定子与动子之间的粘滑运动实现单方向的步进运动，这种马达结构简单，控制简单，适合狭小空间内的精密定位驱动，但驱动力较小、运动速度较低，应用场合受到限制。传统冲击式马达由于工作在准静态下，定子的振动幅度较小，运动速度很难获得提升，谐振冲击式压电马达利用定子两个模态的谐振合成谐振状态下的近似锯齿波振动，由于机械谐振放大作用，可获得较大的振动幅度，从而驱动动子获得较高的运动速度，大大提高了压电冲击式马达的驱动性能，然而两个振动模态的固有频率在传统结构下难以满足所需的比例关系。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种谐振冲击式压电旋转马达，以解决现有技术条件下冲击式马达难以调整两个振动模态固有频率的问题。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种谐振冲击式压电旋转马达，其特征在于：包括金属圆管和共中心轴套接在金属圆管中间位置的压电扭转圆管，压电扭转圆管内壁与金属圆管中间位置外壁刚性连接，压电扭转圆管两端外的金属圆管上分别共中心轴螺纹紧固安装有金属套筒，两端金属套筒位置对称，由金属圆管、压电扭转圆管、金属套筒构成压电复合定子，利用金属套筒调整压电复合定子的扭转振动固有频率，使得压电复合定子三阶扭转振动固有频率为一阶扭转振动固有频率的两倍。所述的一种谐振冲击式压电旋转马达，其特征在于：所述金属圆管两端管口中分别共中心轴安装有轴承，两端轴承之间共中心轴转动安装有旋转轴，旋转轴两端分别从金属圆管对应端管口穿出，金属圆管其中一端管口外的旋转轴上共中心轴套装有环形耦合器，环形耦合器朝向金属圆管对应端管口的一侧为内端面，且环形耦合器的内端面与金属圆管对应端管口端面紧密接触，金属圆管另一端管口外的旋转轴上共中心轴螺纹安装有螺母，所述螺母与金属圆管对应端管口内的轴承端面之间连接有套在旋转轴外的弹簧。所述的一种谐振冲击式压电旋转马达，其特征在于：通过旋转轴另一端安装的螺母和弹簧调整环形耦合器内端面与金属圆管对应端管口端面之间的预紧力。所述的一种谐振冲击式压电旋转马达，其特征在于：所述压电扭转圆管中间位置共中心轴套接有用于安装固定的环形基座。本专利技术提供一种压电复合定子的结构设计，可方便调整两个振动模态的固有频率以满足所需的比例关系，从而合成谐振冲击式马达所需要的谐振锯齿波。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：谐振冲击式压电旋转马达定子采用复合结构，用于激励振动的压电扭转圆管结构简单，加工方便，成本较低；谐振冲击式压电旋转马达定子采用对称结构，中间位置为一阶扭转振动和三阶扭转振动的节点，环形基座对结构振动的影响较小，安装方便；谐振冲击式压电旋转马达定子采用螺纹紧固的金属套筒，安装、拆卸方便，通过改变金属套筒的尺寸和位置可方便调整复合定子的固有频率。附图说明图1为本专利技术谐振冲击式压电旋转马达的剖面示意图。图2为本专利技术谐振冲击式压电旋转马达的轴测示意图。图3为本专利技术谐振冲击式压电旋转马达复合定子的剖面示意图。图4为本专利技术谐振冲击式压电旋转马达复合定子一阶扭转振动和三阶扭转振动的振型图。图5为本专利技术谐振冲击式压电旋转马达复合定子一阶扭转振动和三阶扭转振动合成近似锯齿波示意图。具体实施方式如图1、图2所示，一种谐振冲击式压电旋转马达，包括金属圆管1和共中心轴套接在金属圆管1中间位置的压电扭转圆管2，压电扭转圆管2内壁与金属圆管1中间位置外壁刚性连接，压电扭转圆管2两端外的金属圆管1上分别共中心轴螺纹紧固安装有金属套筒3，两端金属套筒3位置对称，由金属圆管1、压电扭转圆管2、金属套筒3构成压电复合定子4，利用金属套筒3调整压电复合定子4的扭转振动固有频率，使得压电复合定子4三阶扭转振动固有频率为一阶扭转振动固有频率的两倍。金属圆管1两端管口中分别共中心轴安装有轴承5，两端轴承5之间共中心轴转动安装有旋转轴6，旋转轴6两端分别从金属圆管1对应端管口穿出，金属圆管1其中一端管口外的旋转轴6上共中心轴套装有环形耦合器7，环形耦合器7朝向金属圆管1对应端管口的一侧为内端面，且环形耦合器7的内端面与金属圆管1对应端管口端面紧密接触，金属圆管1另一端管口外的旋转轴6上共中心轴螺纹安装有螺母8，所述螺母8与金属圆管1对应端管口内的轴承5端面之间连接有套在旋转轴6外的弹簧9。通过旋转轴6另一端安装的螺母8和弹簧9调整环形耦合器7内端面与金属圆管1对应端管口端面之间的预紧力。压电扭转圆管2中间位置共中心轴套接有用于安装固定的环形基座10。如图3、图4、图5所示，通过调整金属套筒3的长度、外径和位置改变压电复合定子4的扭转振动固有频率，使得压电复合定子4三阶扭转振动固有频率为一阶扭转振动固有频率的两倍，从而可利用一阶扭转谐振和三阶扭转谐振在金属圆管1的管口端面合成谐振状态下的近似锯齿波振动。具体工作过程及原理：压电扭转圆管2内壁通过环氧胶固结在金属圆管1外壁中部，金属圆管1两边部分加工出外螺纹，一对金属套筒3通过内螺纹与金属圆管1两边对称螺合，金属圆管1、压电扭转圆管2、和金属套筒3构成压电复合定子4。调整金属套筒3的长度、外径和位置可改变压电复合定子4的一阶扭转振动固有频率和三阶扭转振动固有频率的比值，使其满足1：2关系。金属圆管1两端管口中分别对称安装轴承5，旋转轴6贯穿金属圆管1和左右两端轴承5，旋转轴6一端通过环氧胶固结环形耦合器7，通过旋转轴6另一端安装的螺母8和弹簧9调整环形耦合器7内端面与金属圆管1管口端面之间的预紧力。环形基座10内壁通过环氧胶固结在压电扭转圆管2外壁中部。压电扭转圆管2施加频率为f和2f的正弦电压，在金属圆管1的管口端面分别产生频率为f的一阶扭转谐振和频率为2f的三阶扭转谐振，从而合成谐振状态下的近似锯齿波振动，由于压电复合定子4与旋转轴6摩擦耦合面的不对称运动，在惯性冲击作用下驱动旋转轴6单方向的旋转运动。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种谐振冲击式压电旋转马达，其特征在于：包括金属圆管和共中心轴套接在金属圆管中间位置的压电扭转圆管，压电扭转圆管内壁与金属圆管中间位置外壁刚性连接，压电扭转圆管两端外的金属圆管上分别共中心轴螺纹紧固安装有金属套筒，两端金属套筒位置对称，由金属圆管、压电扭转圆管、金属套筒构成压电复合定子，利用金属套筒调整压电复合定子的扭转振动固有频率，使得压电复合定子三阶扭转振动固有频率为一阶扭转振动固有频率的两倍。
【技术特征摘要】
1.一种谐振冲击式压电旋转马达，其特征在于：包括金属圆管和共中心轴套接在金属圆管中间位置的压电扭转圆管，压电扭转圆管内壁与金属圆管中间位置外壁刚性连接，压电扭转圆管两端外的金属圆管上分别共中心轴螺纹紧固安装有金属套筒，两端金属套筒位置对称，由金属圆管、压电扭转圆管、金属套筒构成压电复合定子，利用金属套筒调整压电复合定子的扭转振动固有频率，使得压电复合定子三阶扭转振动固有频率为一阶扭转振动固有频率的两倍。2.根据权利要求1所述的一种谐振冲击式压电旋转马达，其特征在于：所述金属圆管两端管口中分别共中心轴安装有轴承，两端轴承之间共中心轴转动安装有旋转轴，旋转轴两端分别从金属圆管对应...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘成亮，张瑞，于连栋，李维诗，夏豪杰，韩丽玲，张静，杨飞，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34
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