大位移大推力压电作动器制造技术

本发明专利技术公开了一种往返式可变步长的大位移大推力压电作动器，包括基于蠕动原理设计的压电作动机构，一端固定、一端可调的压电作动器运动轨道，压电作动器运动轨道两壁之间间距及平行度的微调机构，压电作动器的高电压线性放大驱动控制电路，以及压电作动器驱动控制电路，通过一对楔形滑块的移动来微调作动器运动轨道两壁之间的间距和平行度，能够满足需要较大推力的大位移精密定位要求，具有位移分辨率和工作频率都高的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种压电作动器，具体涉及一种基于蠕动原理的往复 式可变步长的大位移大推力压电作动器。
技术介绍
精密作动器是工业领域中的重要器件，在航天航空、机械制造等 领域有着广泛的需求。压电作动器是一种利用压电陶瓷逆压电效应制 作的微位移器，理论上具有体积小、推力大、精度高、位移分辨率高 和频响快等优点，近年来得到一定的发展。但己有的压电作动器普遍 存在结构复杂、位移大而推力小或者推力大而位移小的缺点，并且不 能闭环自适应控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种容易加 工、结构简单可靠、精密度高的往复式可变步长的大位移大推力压电 作动器。为达到上述目的，本专利技术所采取的技术方案为大位移大推力压电作动器，包括一个U型底座19， U型底座19具有上底边1和下底 边ll， U型底座19上配置一块活动导轨5和两块定位钢块7，定位 钢块7通过定位螺栓6固定在U型底座19上。U型底座19的上底边 1与活动导轨5之间设置为作动器的运动轨道4，运动轨道4内配置有U字型部件13和U字型部件2， U字型部件13内固定压电堆15，U 字型部件2内固定压电堆3， U字型部件13与U字型部件2之间通过 与压电堆14的两个端面粘接固定而连接为一体，U型底座19的下底 边11与活动导轨5和定位钢块7之间的空腔内放置两个楔形滑块10; 全螺纹螺栓9通过楔形滑块10内部的螺纹与之连接在一起；固定杆 16位于活动导轨5的开孔之中，弹簧18通过套筒17穿过U型底座 19的下底边11， 一头挂在固定杆16上， 一头挂在固定杆12上。压电堆14的驱动控制电压信号接入高电压线性放大电路20，高 电压线性放大电路20的电压输出加载到作动器的压电堆14上，压电 堆15和压电堆3的240V加载电压由外部电源提供，并分别接入压电 堆15加载控制电路19和压电堆3加载控制电路21，压电堆15的加 载控制电压信号接入压电堆15加载控制电路19，压电堆15加载控 制电路19的电压输出加载到作动器的压电堆15上，压电堆3的加载 控制电压信号接入压电堆3加载控制电路21，压电堆3加载控制电 路21的电压输出加载到作动器的压电堆3上。.压电堆14驱动控制电压信号通过插座J2的6脚接入高电压线性 放大电路20。插座J2的6脚与电位器P1连接，电位器P1另一端分 别接运算放大器U3A的负向输入端、电容C6、电阻R9、电容C2。电 容C6的另一端与运算放大器U3A的输出端1脚相连。电阻R9的另一 端和电容C2的另一端连接， 一并接入高压放电器U1的OUT端1脚。 运算放大器U3A的正向输入端3脚接公共地，运算放大器U3A的输出 端1脚接高压放大器Ul的IN端4脚，运算放大器U3A的8脚接+12V电压，运算放大器U3A的4脚接-12V电压。高压放大器U1的0UT端 1脚分别与电阻R9、电容C2、电容C1、电阻R5和插座J3的3脚连 接。电容C1的另一端与高压放大器U1的8脚连接，电阻R5的另一 端与高压放大器U1的7脚连接。电阻R1、 R2并联， 一端接入高压放 大器Ul的OUT端1脚， 一端接入高压放大器器Ul的2脚。电阻R7 一端与高压放大器Ul的OUT端1脚相连接，电阻R7另一端与电位器 P2连接。高压放大器U1的5脚接公共地。电位器P2另一端与电容 C7、电容C3、电阻R8、电阻R10和运算放大器U3B的负向输入端6 脚连接。电容C7另一端与运算放大器U3B的输出端7脚连接。运算 放大器U3B的正向输入端5脚接公共地。电容C3的另一端与电阻R8 的另一端连接， 一并接入高压放大器U2的0UT端1脚。电阻R10另 一端与电容C4连接，电容C4另一端接公共地。运算放大器U3B的输 出端7脚接入高压放大器U2的IN端4脚。高压放大器U2的OUT端 1脚与电阻R3、电阻R4、电阻R6、电容C5连接。电阻R3的另一端 和电阻R4的另一端连接， 一并接入高压放大器U2的2脚。电容C5 的另一端接入高压放大器U2的8脚，电阻R6的另一端接入高压放大 器U2的7脚。高压放大器U2的OUT端1脚与插座J3的4脚连接。 插座Jl的1脚引入-12V电压，-12V电压由外部电源提供。插座Jl 的2脚引入+12V电压，+12V电压由外部电源提供。插座Jl的3脚引 入-HV电压，与高压放大器Ul的6脚和高压放大器U2的6脚相连， -HV由外部电源供电，供电电压为-200V。插座Jl的4脚引入+HV电 压，与高压放电器U1的3脚和高压放大器U2的3脚相连，+醇由外部电源供电，供电电压200V。高压放大器U2的5脚接公共底。自恢 复保险Fl的一端连接插座J2的8脚，自恢复保险Fl的另一端分别 与固态继电器SSR1的2脚、固态继电器SSR4的2脚连接。插座J2 的9脚接公共地，分别与固态继电器SSR2的1脚、固态继电器SSR5 的1脚和插座J3的1、 5脚相连接。固态继电器SSR3的1脚与插座 J3的3脚相连。插座J2的1脚接信号地，并与固态继电器SSR1的4 脚、固态继电器SSR2的4脚、固态继电器SSR3的4脚、固态继电器 SSR4的4脚、固态继电器SSR5的4脚相连接。插座J2的2脚接固 态继电器SSR5的3脚。插座J2的3脚接固态继电器SSR3的3脚。 插座J2的4脚接固态继电器SSR2的3脚。插座J2的5脚接固态继 电器SSR4的3脚。插座J2的7脚接固态继电器SSR1的3脚。固态 继电器SSR1的1脚与固态继电器SSR2的2脚和插座J3的6脚相连 接。固态继电器SSR3的2脚和插座J3的4脚相连接。固态继电器 SSR4的1脚与固态继电器SSR5的2脚和插座J3的2脚相连接。插 座J3的6脚通过引线直接连接压电堆15的正极，插座J3的5脚通 过引线直接连接压电堆15的负极。插座J3的4脚通过引线直接连接 压电堆14的正极，插座J3的3脚通过引线直接连接压电堆14的负 极。插座J3的2脚通过引线直接连接压电堆3的正极，插座J3的1 脚通过引线直接连接压电堆3的负极。本专利技术通过一对楔形滑块10的微动来微调作动器运动轨道4两 壁之间的间距和平行度，可有效降低导轨加工的精度要求，减少加工 成本。因加工精度的影响，作动器运动轨道4两壁之间不完全平行，通过旋动每个全螺纹螺栓9，推动相对应的楔形滑块10前进相应位移，进而调整活动导轨5的位置，使得作动器运动轨道4的两壁之间达到实际可用的平行度和间距。本专利技术通过闭环差动倍压放大的方式，来设计高电压线性放大电路20以驱动压电堆14，使其变形量和 推动力连续可变。在同样的驱动电压信号条件下，闭环差动倍压模式 可获得两倍与单路输出的电压输出能力；在同样的输出电压要求条件 下，可使输入端的驱动电压信号大小减小一半，降低对驱动信号电源 的要求，能有效减小整个系统的体积和重量。本专利技术通过控制固态继 电器的on/off状态，来控制相应的起嵌位作用的压电堆的电压加载 和电压卸载。并通过给作动器中每个压电堆并联一个对应的固态继电 器，来对进入掉电时序的压电堆进行快速放电，使其快速恢复原状。 附图说明图1为本专利技术结构原理图，其中，图l(a)为作动器的主视图， 图l(b)为作动器的左视图，图l(c)为作动器的俯视图。图2为本专利技术驱动控本文档来自技高网...

【技术保护点】
大位移大推力压电作动器，包括一个Ｕ型底座（１９），Ｕ型底座（１９）具有上底边（１）和下底边（１１），其特征在于：Ｕ型底座（１９）上配置一块活动导轨（５）和两块定位钢块（７），定位钢块（７）通过定位螺栓（６）固定在Ｕ型底座（１９）上，Ｕ型底座（１９）的上底边（１）与活动导轨（５）之间设置为作动器的运动轨道（４），运动轨道（４）内配置有Ｕ字型部件（１３）和Ｕ字型部件（２），Ｕ字型部件（１３）内固定压电堆（１５），Ｕ字型部件（２）内固定压电堆（３），Ｕ字型部件（１３）与Ｕ字型部件（２）之间通过与压电堆（１４）的两个端面粘接固定而连接为一体，Ｕ型底座（１９）的下底边（１１）与活动导轨（５）和定位钢块（７）之间的空腔内放置两个楔形滑块（１０），全螺纹螺栓（９）通过楔形滑块（１０）内部的螺纹与之连接在一起；固定杆（１６）位于活动导轨（５）的开孔之中，弹簧（１８）通过套筒（１７）穿过Ｕ型底座（１９）的下底边（１１），一头挂在固定杆（１６）上，一头挂在固定杆（１２）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张治君，徐明龙，张希农，卢天健，陈振茂，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]