法向准零刚度、切向高刚度的夹持机构制造技术

本发明专利技术公开了一种法向准零刚度、切向高刚度的夹持机构，整体结构包括基座、定子、轴承、定位柱和螺栓。定子的两侧第一柔性夹持梁分别安装在两侧定位柱上，安装时对定子施加一定位移使第一柔性夹持梁发生变形；定子的底部第二柔性夹持梁与基座接触，利用螺栓对其安装定位；定子的顶部与轴承相抵并驱动轴承做旋转运动。本发明专利技术结构紧凑，巧妙的将定子侧面安装部位设计为柔性梁，定子与轴承接触法向总刚度接近零刚度；由于准零刚度性能，竖直方向上的预压力在一定变形范围内可以基本保持不变，从而避免安装误差和电机磨损的影响；由于竖直方向上电机与轴承的高频冲击，准零刚度性能可以减少该振动的传递；同时切向高刚度保证电机驱动的定位精度。的定位精度。的定位精度。

【技术实现步骤摘要】
法向准零刚度、切向高刚度的夹持机构


[0001]本专利技术涉及超声电机夹持机构领域，具体是一种法向准零刚度、切向高刚度的夹持机构。

技术介绍

[0002]超声电机是一种微型作动器，主要由金属弹性基体、动子、压电陶瓷和摩擦材料等组成；其利用压电陶瓷的逆压电效应能够将电能转换为机械能，可以很好地规避传统电磁电机有电磁干扰、效率低等缺点；它可以通过压电材料在超声频段下的振动，使得定子产生微幅振动，并在特定的激励方式下，能够在定子上产生有驱动能力的椭圆运动，从而驱动压紧在定子表面的动子运动，将微观运动转化为宏观运动；这一运动可以是圆周运动，也可以是直线运动。
[0003]相对于传统电磁电机，超声电机在体积方面具有更大的潜在优势，被广泛应用于各种微小型器件；美国New Scale公司开发了一套电机直径为M3的驱动部件，可以用于微流量控制、光学聚焦和微型运动平台；美国雷神公司利用板式超声电机驱动光阑的开合。然而当电机体积变小时，基体的加工及夹持会变得更加困难，目前3D打印技术的发展使得各种微小型器件的加工更加方便。
[0004]同时超声电机是靠摩擦力驱动的，所以需要在定、动子间施加一定预压力；通常都是使用碟簧或弹簧等柔性件施加预压力；但随着环境温度变化、定动子之间的磨损和装配误差等因素会使得预压力大小发生改变，影响电机的输出性能；同时超声电机的定、动子间存在高频的冲击碰撞作用，会激发出特殊频率的振动，这对于要求高精度、高稳定度领域是无法接受的；因此，考虑设计一种用于超声电机的法向准零刚度、切向高刚度夹持机构，电机定子与夹持机构采用3D打印一体化设计加工；这种夹持机构在法向具有准零刚度性能，可以提供恒定预压力，保证电机稳定的输出性能；同时准零刚度可以隔绝定动子间冲击碰撞引起的振动，提升超声电机运行的稳定性；切向高刚度则可以保证定子驱动时的定位精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种法向准零刚度、切向高刚度的夹持机构，电机定子与夹持机构采用3D打印一体化设计加工；这种夹持机构在法向具有准零刚度性能，可以提供恒定预压力，同时能够隔绝超声电机的振动；切向具有高刚度，便于电机的驱动定位。
[0006]本专利技术提供了一种法向准零刚度、切向高刚度的夹持机构，包括基座、定子（带有第一至第二柔性夹持梁）、轴承、定位柱和螺栓。
[0007]所述轴承安装在定子上方的定位柱上，定子上方与轴承相抵驱动轴承沿定位销做旋转运动。
[0008]所述定子位于基座中央，所述定位柱固定在基座上，并分布在定子左右两侧及上
侧。
[0009]所述定子左右两侧具有第一柔性夹持梁，第一柔性夹持梁分别与两侧定位柱固定连接；所述第一柔性夹持梁初始状态为倾斜直梁,安装时将定子向底部施加位移压，使柔性梁发生屈曲变形。
[0010]所述定子底部具有第二柔性夹持梁，并与底座接触，定子向底部施加位移时第二柔性梁也会发生变形。
[0011]所述螺栓安装在底座的最下方，用于第二柔性夹持梁的安装固定。
[0012]进一步改进，所述定子上方设有驱动足和若干压电陶瓷片，驱动足与所述轴承相抵驱动轴承沿定位销做旋转运动。
[0013]进一步改进，所述第一柔性夹持梁沿竖直方向发生位移时，结构刚度会经历正刚度
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负刚度
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正刚度的突变；通过调整发生的位移使得其刚度保持在负刚度。
[0014]所述第二柔性夹持梁在竖直方向上发生位移时，具有线性正刚度，因此在竖直方向上总刚度为第一至第二柔性梁的刚度之和。
[0015]通过合理设计柔性梁的尺寸，使得其负刚度与正刚度大小一致，则总刚度接近零，即准零刚度。
[0016]在一定变形范围内，总刚度接近零，总恢复力大小基本不发生变化；进一步改进，所述第一柔性夹持梁发生变形后，切向的刚度与第二柔性梁类似，提供线性的正刚度；从而保证切向的高刚度，保证电机的定位。
[0017]本专利技术有益效果在于：1、本专利技术将柔性梁和电机定子利用3D打印一体化设计加工，通过正、负刚度叠加获得准零刚度性能，具有结构简单、安装方便的优点。
[0018]2、考虑到安装误差和电机磨损，弹簧压缩量可以实现一定幅度的变化，定子与轴承间预压力可以基本保持不变，从而避免安装与磨损的影响。
[0019]3、由于定子做高频率(>20 kHz)振动，定子与轴承会发生接触
‑
脱离往复过程，因此在竖直方向上会对轴承产生振动冲击；准零刚度性能可以有效降低该振动的传递。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0021]图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的安装示意图；图3本专利技术中柔性梁的力与位移曲线图；图4本专利技术所述预压力与位移曲线图。
[0022]图中，1
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基座，2
‑
第一定位柱，3
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第二定位柱，4
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轴承，5
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第一柔性夹持梁，6
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第三定位柱，7
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螺栓，8
‑
第二柔性夹持梁。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]本专利技术一种具体实施方式如图1所示，提供了一种板式超声电机的安装方式，包含基座1，定子，第一定位柱2，第二定位柱3，轴承4，第一柔性夹持梁5，第三定位柱6，螺栓7，第二柔性夹持梁8。
[0025]轴承安装在定子上方的定位柱上，定子上方与轴承相抵驱动轴承沿定位销做旋转运动。
[0026]定子位于基座中央，所述定位柱固定在基座上，并分布在定子左右两侧及上侧。
[0027]定子带有柔性夹持梁，采用3D打印一体化设计加工。
[0028]定子左右两侧具有第一柔性夹持梁，第一柔性夹持梁分别与两侧定位柱固定连接；所述第一柔性夹持梁初始状态为倾斜直梁,安装时将定子向底部施加位移压，使柔性梁发生屈曲变形，如图2所示。
[0029]定子底部具有第二柔性夹持梁，并与底座接触，定子向底部施加位移时第二柔性梁也会发生变形。
[0030]螺栓安装在底座的最下方，用于第二柔性夹持梁的安装固定。
[0031]定子上方设有驱动足和若干压电陶瓷片，驱动足与所述轴承相抵驱动轴承沿定位销做旋转运动。
[0032]第一柔性夹持梁沿竖直方向发生位移时，结构刚度会经历正刚度
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负刚度...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种法向准零刚度、切向高刚度的夹持机构，其特征在于：包括基座、定子、轴承、定位柱；所述轴承安装在定子上方的定位柱上，定子上方与轴承相抵驱动轴承沿定位销做旋转运动；所述定子位于基座中央，所述定位柱固定在基座上，并分布在定子左右两侧及上侧；所述定子左右两侧具有第一柔性夹持梁，第一柔性夹持梁分别与两侧定位柱固定连接；所述第一柔性夹持梁初始状态为倾斜直梁,安装时将定子向底部施加位移压，使柔性梁发生屈曲变形；所述定子底部具有第二柔性夹持梁，第二柔性夹持梁与底座固定，定子向底部施加位移时第二柔性梁发生变形。2.根据权利要求1所述的法向准零刚度、切向高刚度的夹持机构，其特征在于：所述第二柔性夹持梁通过螺栓与底座固定连接。3.根据权利要求1所述的法向准零刚度、切向高刚度的夹持机构，其特征在于：所述定子上方设有驱动足和若干压电陶瓷片，驱动足与所述轴承相抵驱动轴承沿定位销做旋转运动。4.根据权利要求1所述的法向准零刚度、切向高刚度的夹持机构，其特征在于：所述定子整体采用3D打印，一体化设计加工。5.根据权利要求1所述的法向准零刚度、切向高刚度的夹持机...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄天路，李晓牛，汤灵峰，杨淋，吕本超，杨峰，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：