一种压电粗纤维和压电堆的尺蠖式作动器及作动方法，该作动器由压电粗纤维、弧形板、菱形环、压电堆、销钉和外部框架组成；压电粗纤维粘贴于弧形板上，弧形板两端通过销钉分别与一个菱形环连接；菱形环长轴间放置压电堆，压电堆未通电时，菱形环短轴两端与外部框架紧密接触，处于钳位状态；对两个压电堆和压电粗纤维有序地通、断电，两个菱形环按顺序解除钳位或钳位于外部框架，压电粗纤维和弧形板一起弯曲尺蠖式移动，以此实现双向步进式输出力和位移；本发明专利技术作动器，具有断电钳位，柔软耐用，体积小，重量轻的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及作动器
，具体涉及。
技术介绍
压电粗纤维复合材料-MFC(Macro fiber composite)是一种新型的压电陶瓷材料，相比于传统的压电陶瓷，MFC更柔软、耐用、可靠和易于表面粘贴，能够产生大的变形，且质量轻、厚度薄，对结构的质量和刚度几乎没有影响。其独特的电极和压电纤维布置使得其拥有更高的压电系数和机电耦合系数，可以产生更大的作动力。基于逆压电效应制作的压电类作动器具有分辨率高、输出力大、响应快、功耗小、结构轻等优点。因此，压电材料的各类作动器已被广泛地应用于机械、船舶、汽车、土木、航空航天等诸多领域，成为目前应用最广泛的智能驱动器件之一。由于压电材料输出位移为微位移，实现尺蠖式作动，一般采用多个压电堆进行作动和钳位约束，且结构复杂、笨重。若要求尺蠖式输出力和位移，同时具有断电钳位、柔软耐用、体积小、质量轻等功能时，传统压电类尺蠖式作动器等难以满足上述所有条件。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种压电粗纤维和压电堆的尺蠖式作动器，具有断电钳位、结构轻巧、快速作动等特点，实现双向尺蠖式作动的功能。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案:—种压电粗纤维和压电堆的尺蠖式作动器，包括弧形板4，弧形板4上粘贴有压电粗纤维5，弧形板4两端通过销钉8分别与第一菱形环2和第二菱形环6连接；所述第一菱形环2和第二菱形环6长轴间分别放置第一压电堆3和第二压电堆7 ;所述第一压电堆3和第二压电堆7未通电时，第一菱形环2和第二菱形环6短轴两端与外部框架1紧密接触，处于钳位状态。所述外部框架1与第一菱形环2和第二菱形环6短轴接触面粗糙，在钳位状态，静摩擦力大。所述弧形板4初始形状为圆弧状薄板，表面粘贴压电粗纤维5，采用粘贴剂7649促进剂和326结构胶。外部框架1为薄板结构。所述压电粗纤维和压电堆的尺蠖式作动器，未通电时，第一菱形环2和第二菱形环6钳位于外部框架1 ;开始作动时，先对第一压电堆3通电，第一压电堆3伸长，第一菱形环2短轴缩短，解除钳位约束；再对压电粗纤维5通电，弧形板4弯曲；然后对第一压电堆3断电，再对第二压电堆7通电，则第一菱形环2钳位，第二菱形环6解除与外部框架1的钳位约束；最后对压电粗纤维5断电，弧形板4弯曲位形恢复，推动第二菱形环6向一侧移动；若解除钳位约束的顺序相反，则反向移动；通过持续通、断电，以此实现双向尺蠖式输出力和位移。本专利技术和现有技术相比，具有如下优点:1)作动器的第一压电堆3和第二压电堆7未通电时，第一菱形环2和第二菱形环6与外部框架1钳位约束，即有断电钳位的特点。2)相比于传统压电类尺蠖式作动器，压电粗纤维和压电堆的尺蠖式作动器采用压电粗纤维5实现伸长率103ppm级作动。弧形板4为变形量大的材料，在压电粗纤维5弯曲工作模式时，有更大的位移变形。3)作动器在压电粗纤维5双向输出范围内，通过第一压电堆3和第二压电堆7实现任意位置的钳位约束。4)作动器的弧形板4初始形状为圆弧状薄板，外部框架1也为薄板结构，减轻结构重量。5)作动器的压电粗纤维5粘贴时，采用7649促进剂和326结构胶，粘贴效果良好。总之，本专利技术能够避免传统压电类尺蠖式作动器结构复杂等缺点，具有断电钳位、柔软耐用、结构轻巧等优点。【附图说明】图1为本专利技术结构立体剖视图。图2为本专利技术立体结构图。图3为本专利技术侧视图。【具体实施方式】以下结合附图及具体实施例，对本专利技术作进一步的详细描述。如图1、图2和图3所示，本专利技术一种压电粗纤维和压电堆的尺蠖式作动器，包括压电粗纤维5，所述压电粗纤维5为P1型的MFC，利用d33效应作动，极化方向沿压电陶瓷纤维，当施加的最大电压-500V到1500V时，伸长率能达到1800ppm ;弧形板4上粘贴压电粗纤维5，弧形板4两端通过销钉8分别与第一菱形环2和第二菱形环6连接；所述第一菱形环2和第二菱形环6长轴间分别放置第一压电堆3和第二压电堆7 ;所述第一压电堆3和第二压电堆7未通电时，第一菱形环2和第二菱形环6短轴两端与外部框架1紧密接触，处于钳位状态。作为本专利技术的优选实施方式，外部框架1与第一菱形环2和第二菱形环6短轴接触面粗糙，在钳位状态，压力一定时，静摩擦力大。作为本专利技术的优选实施方式，在有尺寸要求和重量限制时，第一压电堆3和第二压电堆7选择变形量大的压电材料；第一菱形环2、第二菱形环6、弧形板4和外部框架1均采用刚度大的轻质材料。作为本专利技术的优选实施方式，外部框架1采用钣金件焊接而成。本专利技术压电粗纤维和压电堆的尺蠖式作动器的双向步进式作动方法，未通电时，第一压电堆3和第二压电堆7未伸长，第一菱形环2和第二菱形环6的短轴钳位于外部框架1的内壁；开始作动时，先对第一压电堆3通电，第一压电堆3伸长，第一菱形环2短轴缩短，解除钳位约束；再对压电粗纤维5通电，使弧形板4弯曲，拉动第一菱形环2和第一压电堆3移动一小段距离；然后对第一压电堆3断电，再对第二压电堆7通电，则第一菱形环2重新钳位，第二菱形环6解除与外部框架1的钳位约束；最后对压电粗纤维5断电，弧形板4弯曲位形恢复，推动第二菱形环6向一侧移动一小段距离，实现步进式作动；第二压电堆7断电钳位后，作动位移保持；若解除钳位约束的顺序相反，则反向步进式作动；通过持续有规律地通、断电，以此实现双向尺蠖式输出力和位移。【主权项】1.一种压电粗纤维和压电堆的尺蠖式作动器，其特征在于:包括弧形板(4)，弧形板(4)上粘贴有压电粗纤维(5)，弧形板(4)两端通过销钉(8)分别与第一菱形环(2)和第二菱形环(6)连接；所述第一菱形环(2)和第二菱形环(6)长轴间分别放置第一压电堆(3)和第二压电堆(7);所述第一压电堆(3)和第二压电堆(7)未通电时，第一菱形环(2)和第二菱形环(6)短轴两端与外部框架(1)紧密接触，处于钳位状态。2.根据权利要求1所述压电粗纤维和压电堆的尺蠖式作动器，其特征在于:所述外部框架(1)与第一菱形环(2)和第二菱形环(6)短轴接触面粗糙，在钳位状态，静摩擦力大。3.根据权利要求1所述压电粗纤维和压电堆的尺蠖式作动器，其特征在于:所述弧形板(4)初始形状为圆弧状薄板，采用表面粘贴剂7649促进剂和326结构胶粘贴压电粗纤维(5)。4.根据权利要求1所述压电粗纤维和压电堆的尺蠖式作动器，其特征在于:所述外部框架(1)为薄板结构。5.权利要求1所述压电粗纤维和压电堆的尺蠖式作动器的作动方法，其特征在于:未通电时，第一菱形环(2)和第二菱形环(6)钳位于外部框架(1);开始作动时，先对第一压电堆(3)通电，第一压电堆(3)伸长，第一菱形环(2)短轴缩短，解除钳位约束；再对压电粗纤维(5)通电，弧形板⑷弯曲；然后对第一压电堆(3)断电，再对第二压电堆(7)通电，则第一菱形环(2)钳位，第二菱形环(6)解除与外部框架(1)的钳位约束；最后对压电粗纤维(5)断电，弧形板(4)弯曲位形恢复，推动第二菱形环￠)向一侧移动；若解除钳位约束的顺序相反，则反向移动；通过持续通、断电，以此实现双向尺蠖式输出力和位移。【专利摘要】，该作动器由压电粗纤维、弧形板、菱形环、压电堆、销钉和外部框架组成；压电粗纤维粘贴于弧形板上，弧形板两端通过销钉分别与一个菱形环连接；菱形环长轴间放置本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压电粗纤维和压电堆的尺蠖式作动器，其特征在于：包括弧形板(4)，弧形板(4)上粘贴有压电粗纤维(5)，弧形板(4)两端通过销钉(8)分别与第一菱形环(2)和第二菱形环(6)连接；所述第一菱形环(2)和第二菱形环(6)长轴间分别放置第一压电堆(3)和第二压电堆(7)；所述第一压电堆(3)和第二压电堆(7)未通电时，第一菱形环(2)和第二菱形环(6)短轴两端与外部框架(1)紧密接触，处于钳位状态。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马国亮，徐明龙，吴成松，邵妍，罗亚军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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