The invention discloses a large stroke piezoelectric composite bimorph cantilever beam actuating system and a method thereof. It consists of a piezoelectric composite double crystal chip and an asymmetrical high voltage power supply circuit. The piezoelectric composite bimorph is a composite beam attached to the upper and lower surface of the middle layer with two piezoelectric composite beams, the free end and one axis of the beam, and two micro bearings on the two ends of the shaft. The outer ring of the prefabricated groove on the bearing is embedded in the groove. In the elastic band, the two ends of the elastic band are connected to the fixed base. The tight elastic band provides the pre pressure of the cantilever beam, and the asymmetric high voltage power supply system includes the DC DC transformer, the resistance, the diode and the asymmetrical voltage divider. The invention can make the piezoelectric composite bimorph deformed under the full driving voltage, thus greatly improving the output displacement of the actuator and overcoming the shortcomings of the traditional piezoelectric ceramic double crystal sheet, which can be used as a micro vehicle servo actuator with small space and wide control belt.
【技术实现步骤摘要】
大行程压电复合材料双晶片悬臂梁作动系统及其方法
本专利技术涉及大位移压电作动
具体涉及一种大行程压电复合材料双晶片悬臂梁作动系统。
技术介绍
微型飞行器广泛应用于侦查、打击、搜寻、物流及急救等军民领域。为了提高飞行器的隐蔽性和机动能力,进一步微型化是该领域的趋势之一,但目前的电动舵机控制带宽较窄(<20Hz),且需要占据机身内部较大的体积和重量,因而逐渐不能适应飞行器微型化的要求。压电作动器具有较大的控制带宽和响应速率,作为大力小位移作动器传感器已在航空航天以及机械领域广泛运用,然而压电作动器较小的输出位移限制了其在大位移作动场合的应用。如何通过机电设计实现压电作动器的大行程作动引起广泛关注。目前提出的柔性铰链法、位移累积法等都是增大压电作动器输出位移的方法,但是这些作动器通常结构形式复杂、零件较多、体积较大,因而也难以满足微型飞行器的操控要求。压电复合材料是一种新型的压电作动器,其相较于压电陶瓷材料的优点在于具有较大的柔度,因而可以作为一种承受较大曲率的压电作动器;但缺点在于驱动电压较高且不对称,如MFC的作动电压为-500~1500V,一般的微型无人机上供电设备难以达到这一不对称的高驱动幅值,因而限制了其作动能力。另外根据专利US6236143B1可知,压电双晶片作动器需要产生大位移主要是要克服其横向弯曲刚度,可通过轴向预压力的施加从而减小梁的等效横向弯曲刚度,然而当施加方式不合理,如轴向力施加单元与作动器端部有较大的摩擦力,不但不能增大作动位移反而会阻碍作动,另外专利US6236143B1提出的增大压电双晶片输出位移是针对压电陶 ...
【技术保护点】
1.一种大行程压电复合材料双晶片悬臂梁作动系统,其特征在于:包括压电复合材料双晶片悬臂梁(5)、非对称高压供电回路(7);在压电复合材料双晶片悬臂梁(5)的中间层(5‑1)的上下表面分别贴敷上层压电复合材料(5‑2)和下层压电复合材料(5‑3),中间层(5‑1)的自由端与轴(6)固连,轴(6)的两端分别设置于轴承(3)中,在左右两侧的轴承(3)外分别套有预制卡槽轴承套(4),预制卡槽轴承套(4)外壁上周向预先开设有卡槽;两条弹性带(2)分别布置在压电复合材料双晶片悬臂梁(5)的左右两侧,且两条弹性带(2)的端部分别固定于固定基座(1)上,再分别将两条弹性带(2)中间段各箍入一个预制卡槽轴承套(4)的卡槽内,用于对压电复合材料双晶片悬臂梁(5)施加预压力;上层压电复合材料(5‑2)和下层压电复合材料(5‑3)的正负电极均引出导线(8)接入非对称高压供电回路(7)。
【技术特征摘要】
1.一种大行程压电复合材料双晶片悬臂梁作动系统,其特征在于:包括压电复合材料双晶片悬臂梁(5)、非对称高压供电回路(7);在压电复合材料双晶片悬臂梁(5)的中间层(5-1)的上下表面分别贴敷上层压电复合材料(5-2)和下层压电复合材料(5-3),中间层(5-1)的自由端与轴(6)固连,轴(6)的两端分别设置于轴承(3)中,在左右两侧的轴承(3)外分别套有预制卡槽轴承套(4),预制卡槽轴承套(4)外壁上周向预先开设有卡槽;两条弹性带(2)分别布置在压电复合材料双晶片悬臂梁(5)的左右两侧,且两条弹性带(2)的端部分别固定于固定基座(1)上,再分别将两条弹性带(2)中间段各箍入一个预制卡槽轴承套(4)的卡槽内,用于对压电复合材料双晶片悬臂梁(5)施加预压力;上层压电复合材料(5-2)和下层压电复合材料(5-3)的正负电极均引出导线(8)接入非对称高压供电回路(7)。2.根据权利要求1所述的一种大行程压电复合材料双晶片悬臂梁作动系统,其特征在于:所述的轴(6)以过盈配合方式设置于轴承(3)中。3.根据权利要求1所述的一种大行程压电复合材料双晶片悬臂梁作动系统,其特征在于:所述的预制卡槽轴承套(4)以过盈配合方式套设于轴承(3)外。4.根据权利要求1所述的一种大行程压电复合材料双晶片悬臂梁作动系统,其特征在于:非对称高压供电回路(7)的供电回路包括,直流-直流变压器DC-DC1的输入端与控制信号V1相连,直流-直流变压器DC-DC1的输出端的正极与二极管D1的阳极相连,二极管D1的阴极与电阻R1的一端相连,电阻R1的另一端和直流-直流变压器DC-DC1的输出端负极相连并接地,二极管D1的阴极与电阻R1相连的一端与电阻R2的一端、上层压电复合材料(5-2)的正极、以及二极管D6的阴极分别相连,电阻R2的另一端与二极管D2的阳极相连,二极管D2的阴极与上层压电复合材料(5-2)的负极以及下层压电复合材料(5-3)的负极相连;二极管D2的阴极与电阻R3的一端以及电阻R6的一端相连,并与二极管...
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