一种交替自锁爬杆式压电作动器制造技术

一种交替自锁爬杆式压电作动器，其特征是它包括滑杆、上动子、下动子、压电陶瓷、压板，所述压电陶瓷驱动上动子和下动子交替运动，上动子和下动子沿着滑杆运动，压板及预固定系统为下动子提供预固定；底座（1）与滑杆（2）固定相连，上动子（5）和下动子（4）套在滑杆（2）上，上动子（5）和下动子（4）内孔的两个弧面都与滑杆（2）接触并能作相对移动，上动子（5）枢装在上转轴（17）上，下动子（4）枢装在下转轴（18）上，上转轴（17）和下转轴（18）固定在压电陶瓷（7）的上下两端上，压电陶瓷（7）通过压电陶瓷预紧螺栓（9）和压电陶瓷预紧螺母（8）相连接。本发明专利技术具有推力大、加工精度要求低，可实现双向运动，具有很好的应用前景。

A piezoelectric actuator with alternating self-locking climbing rod

The utility model relates to an alternating self-locking climbing rod piezoelectric actuator, which is characterized in that the piezoelectric actuator comprises a slider, an upper actuator, a lower actuator, a piezoelectric ceramic and a pressing plate. The piezoelectric ceramic drives the upper and lower actuators alternately, and the upper and lower actuators move along the sliding rod. The pressing plate and the pre-fixing system provide pre-fixing for the lower actuator; the base (1) is fixed with the slider (2), and the upper actuator (5) and the lower actuator are fixed. The upper (5) pivots on the upper rotating shaft (17), the lower (4) pivots on the lower (18), the upper (17) and the lower (18) are fixed on the upper and lower ends of the piezoelectric ceramic (7), and the piezoelectric ceramic (7) passes through. The piezoelectric ceramic pre-tightening bolt (9) is connected with the piezoelectric ceramic pre-tightening nut (8). The invention has the advantages of high thrust, low processing accuracy, bidirectional motion and good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种交替自锁爬杆式压电作动器
本专利技术属于超声电机领域，尤其是一种压电作动器，具体地说是一种交替自锁爬杆式压电作动器。
技术介绍
近几十年来，由于压电陶瓷制备工艺的发展，近百年前提出的超声压电作动器得到了快速的发展。超声压电作动器突破了传统电机的概念，没有磁钢和绕组，不依靠电磁感应传递能量。它是利用压电陶瓷的逆压电效应，通过压电陶瓷的伸缩振动模式的转换与耦合以及特殊结构的设计，将材料的微观变形通过共振放大和摩擦耦合转换成转子的宏观运动。超声压电作动器具有低速大扭矩的特点，可直接驱动负载，无需齿轮箱进行降速以提高输出扭矩，结构设计灵活，可方便地设计成旋转形式和直线形式。几十年来，各种具有超高速、超低速、高精度定位等特点的超声压电作动器，满足不同的应用场合。其中，尺蠖式超声电机由于具有大推力、高定位精度以及驱动方式简单等特点，得到了国内外很多科学家的重视，许多高性能的尺蠖超声压电作动器在生产实践中得到了很好的应用。但是尺蠖式超声压电作动器对加工要求极高，尤其是具有超大推力的微齿尺蠖超声压电作动器，微齿的加工更是难上加难。有学者利用位移放大机构制作了尺蠖式超声压电作动器，从而降低了对加工精度的要求，但是相应的超声压电作动器推力性能就大打折扣了。另外，超越离合器式超声压电作动器利用其自锁的特点实现了大推力，加工精度的要求相对不高，但是其只能单向运动的缺点大大限制了它的应用范围。为了解决上述矛盾，急需设计一种全新的利用自锁的交替自锁爬杆压电作动器，以实现大推力、较低加工精度要求以及可双向运动的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的超声压电作动器推力不足或只能单向移动的问题，设计一种交替自锁爬杆式压电作动器。本专利技术的技术方案是：一种交替自锁爬杆式压电作动器，其特征是它包括滑杆2、上动子5、下动子4、压电陶瓷7和压板3，所述压电陶瓷驱动上动子和下动子交替运动，上动子和下动子沿着滑杆运动，压板及预固定系统为下动子提供预固定；底座1与滑杆2固定相连，上动子5和下动子4套在滑杆2上，上动子5和下动子4内孔的两个弧面都与滑杆2接触并能作相对移动，上动子5枢装在上转轴17上，下动子4枢装在下转轴18上，上转轴17和下转轴18固定在压电陶瓷7的上下两端上，压电陶瓷7通过压电陶瓷预紧螺栓9和压电陶瓷预紧螺母8相连接；压板3的上端通过压板固定螺钉6与下动子4固定相连；两头带螺纹的销轴16穿过压板3下部的，可转动滑套15一侧有螺纹孔，可转动滑套15通过螺纹配合与带螺纹的销轴16固定，可转动滑套15同时套装圆柱形滑杆12上，圆柱形滑杆12伸出可转动滑套15的一端设有螺纹并套装有弹簧13，弹簧通过弹簧预紧螺母14压紧在圆柱形滑杆12，圆柱形滑杆12的另一端与滚轮套杆11相连，与滑杆2相接触的滚轮10的轴枢装在滚轮套杆11上的轴孔19中，通过旋转弹簧预紧螺母14调节弹簧预紧力，进而调节滚轮10与滑杆2的接触压力。所述滑杆截面为方形或者圆形结构，上动子和下动子的中间内孔也为相匹配应的方形或者圆形。所述压电陶瓷为能提供较大伸缩位移的压电叠堆式压电陶瓷，且压电陶瓷需要螺栓和螺母预紧。所述压电陶瓷与上动子和下动子通过刚性铰链柔性铰链相连。所述上动子和下动子是交替自锁进行运动。本专利技术的有益效果是：只需要将压电陶瓷布置在动子的自锁区以内，即可实现交替自锁，因此对加工要求较低。可望实现大推力，理论上只要强度足够，压电陶瓷有多大的力，压电作动器就有多大的力。虽然利用自锁，但是作动器可以实现双向运动。附图说明图1为本专利技术的主要部件图。图2为本专利技术的详细部件组成图；图3是图2的立体分解结构示意图。图4为本专利技术中上动子的结构图。图5为本专利技术的原理可行性示意图。图6为本专利技术的运行周期示意图。图中：1.底座，2.滑杆，3.压板，4.下动子，5.上动子，6.压板固定螺钉，7.压电陶瓷，8.压电陶瓷预紧螺母，9.压电陶瓷预紧螺栓，10.滚轮，11.滚轮套杆，12.圆柱形滑杆，13.弹簧，14.弹簧预紧螺母，15.可转动滑套，16.带螺纹销轴，17.上转轴，18.下转轴。具体实施方式下面结构附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1-4所示。一种交替自锁爬杆式压电作动器，包括底座1、滑杆2、上动子5、下动子4、压电陶瓷7、压板3及预固定系统，上动子5和下动子4结构相同，如图4所示。所述压电陶瓷7驱动上动子5和下动子4交替运动，上动子5和下动子4沿着滑杆2运动，压板3及预固定系统为下动子4提供预固定，如图1所示，底座1与滑杆2固连，上动子5和下动子4套在滑杆2上，如图2所示，上动子5和下动子4内孔的两个弧面都与滑杆2接触，上动子5和下动子4的铰链与上转轴17和下转轴18的转轴配合，上动子5和下动子4通过两组上转轴17、下转轴18、压电陶瓷7、压电陶瓷预紧螺栓9、压电陶瓷预紧螺母8相连接，压板3通过压板固定螺钉6与下动子4固定，预固定系统包括带螺纹的销轴16、滚轮10、滚轮套杆11和圆柱形滑杆12，如图3所示，带螺纹的销轴16两头有螺纹，带螺纹销轴16穿过压板3下方的孔，可转动滑套15一侧有螺纹孔，可转动滑套15通过螺纹配合与带螺纹销轴16固定，滚轮10的轴枢装在滚轮套杆11的轴孔19中，滚轮套杆11与圆柱形滑杆12固连，圆柱形滑杆12穿过可转动滑套15的通孔，圆柱形滑杆12的末端有螺纹，弹簧13套在圆柱形滑杆12上，弹簧13在弹簧预紧螺母14与可转动滑套15之间，圆柱形滑杆12的末端螺纹杆部分与弹簧预紧螺母14螺纹配合，通过旋转弹簧预紧螺母14调节弹簧13的预紧力，进而调节滚轮10与滑杆2的接触压力。本专利技术的原理如图5所示。以上动子5右侧压电陶瓷收缩时为例，上动子内孔左右表面均与滑杆2接触，左接触点A处的上动子受到滑杆对其支持力（向左）和接触截面的摩擦力（向上），这两个力的合力为F1，同理，右接触点B处的上动子受到滑杆对其支持力（向右）和接触截面的摩擦力（向上），这两个力的合力为F2，这两个合力所在直线的交点为点C，由于上动子的重力较小，其重力忽略不计，压电陶瓷收缩时对上动子的作用力为F3,由于F3所在直线位于C点右侧，故根据理论力学的知识可知上动子此时处于自锁状态。下面再结合图6对整个装置的一个运动周期进行说明。调节弹簧预紧螺母14使得弹簧13具有一定的张力，由于弹簧13的作用，滚轮10的轴带动滚轮套杆11与进而带动圆柱形滑杆12，接着带动弹簧预紧螺母14，弹簧13再压住可转动滑套15，可转动滑套15再带动带螺纹销轴16压住压板3，压板3由于通过压板固定螺钉6与下动子4固连，所以由于下动子4与滑杆2之间的摩擦力，在压电陶瓷不工作的情况下，整个装置是静态的，部件没有运动及相对运动。先对右侧压电陶瓷通电使其伸长，根据所述的原理可行性分析，此时下动子处于自锁状态，上动子右侧被抬高，保持右侧压电陶瓷伸长状态。再对左侧压电陶瓷通电使其伸长，由于下动子受到压板一个顺时针的力矩，故下动子左侧不会被往下压而运动，这样上动子左侧就被抬高，这样整个上动子就整体被抬高，保持左侧压电陶瓷伸长状态，再撤去右侧压电陶瓷的电压使其恢复原长，此时上动子处于自锁状态，下动子右侧被抬高，接着撤去左侧压电陶瓷的电压使其恢复原长，由于压板对下动子的顺时针力矩作用，下动子的左侧抬高，这样下动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交替自锁爬杆式压电作动器，其特征是它包括滑杆（2）、上动子（5）、下动子（4）、压电陶瓷（7）和压板（3），所述压电陶瓷驱动上动子和下动子交替运动，上动子和下动子沿着滑杆运动，压板及预固定系统为下动子提供预固定；底座（1）与滑杆（2）固定相连，上动子（5）和下动子（4）套在滑杆（2）上，上动子（5）和下动子（4）内孔的两个弧面都与滑杆（2）接触并能作相对移动，上动子（5）枢装在上转轴（17）上，下动子（4）枢装在下转轴（18）上，上转轴（17）和下转轴（18）固定在压电陶瓷（7）的上下两端上，压电陶瓷（7）通过压电陶瓷预紧螺栓（9）和压电陶瓷预紧螺母（8）相连接；压板（3）的上端通过压板固定螺钉（6）与下动子（4）固定相连；两头带螺纹的销轴16穿过压板（3）下部的，可转动滑套（15）一侧有螺纹孔，可转动滑套（15）通过螺纹配合与带螺纹的销轴（16）固定，可转动滑套（15）同时套装圆柱形滑杆（12）上，圆柱形滑杆（12）伸出可转动滑套（15）的一端设有螺纹并套装有弹簧（13），弹簧通过弹簧预紧螺母（14）压紧在圆柱形滑杆（12），圆柱形滑杆（12）的另一端与滚轮套杆（11）相连，与滑杆（2）相接触的滚轮（10）的轴枢装在滚轮套杆（11）上的轴孔（19）中，通过旋转弹簧预紧螺母（14）调节弹簧预紧力，进而调节滚轮（10）与滑杆（2）的接触压力。...

【技术特征摘要】
1.一种交替自锁爬杆式压电作动器，其特征是它包括滑杆（2）、上动子（5）、下动子（4）、压电陶瓷（7）和压板（3），所述压电陶瓷驱动上动子和下动子交替运动，上动子和下动子沿着滑杆运动，压板及预固定系统为下动子提供预固定；底座（1）与滑杆（2）固定相连，上动子（5）和下动子（4）套在滑杆（2）上，上动子（5）和下动子（4）内孔的两个弧面都与滑杆（2）接触并能作相对移动，上动子（5）枢装在上转轴（17）上，下动子（4）枢装在下转轴（18）上，上转轴（17）和下转轴（18）固定在压电陶瓷（7）的上下两端上，压电陶瓷（7）通过压电陶瓷预紧螺栓（9）和压电陶瓷预紧螺母（8）相连接；压板（3）的上端通过压板固定螺钉（6）与下动子（4）固定相连；两头带螺纹的销轴16穿过压板（3）下部的，可转动滑套（15）一侧有螺纹孔，可转动滑套（15）通过螺纹配合与带螺纹的销轴（16）固定，可转动滑套（15）同时套装圆柱形滑杆（12）上，圆柱形滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建林，孙志峻，彭瀚旻，王均山，金家楣，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32