一种基于悬臂梁结构合成运动的尺蠖谐振型压电马达制造技术

本发明专利技术属于精密驱动与定位的技术领域，具体地涉及一种基于悬臂梁结构合成运动的尺蠖谐振型压电马达，包括马达底座、柔性定子机构、钳位弹性振子、驱动弹性振子、预紧机构、直线滑轨和一对滑块；由于钳位弹性振子的基片悬伸端通过第一连接板和定子基座柔性连接，驱动弹性振子的基片通过第二连接板和第一连接板柔性连接，当输入相位差为90

【技术实现步骤摘要】
一种基于悬臂梁结构合成运动的尺蠖谐振型压电马达


[0001]本专利技术属于精密驱动与定位的
，具体地涉及一种基于悬臂梁结构合成运动的尺蠖谐振型压电马达。

技术介绍

[0002]近几十年来随着工程应用中对致动器的需求不断增加，压电电机得到了快速的发展。压电电机是利用压电材料的逆压电效应将输入电能转化为输出机械能，与传统的电磁电机相比，压电电机具有体积小、响应快、无电磁干扰等优点，压电电机在微型机器人、航空航天设备、生物医疗、光学测量等领域已具有广泛的应用。
[0003]目前压电马达结构类型众多，根据其工作原理主要可分为超声马达、尺蠖马达和惯性冲击马达，其中超声波马达具有高频率、高扭矩、噪音低等优点，但是由于超声马达是利用定子与动子之间的摩擦产生运动，所以马达在工作时会伴随着摩擦磨损问题，因此该类型马达不适合长时间工作；惯性冲击马达具有行程大、结构简单、分辨率高、体积小可被微型化等优点。但是由于该类型马达是利用定子的惯性冲击使动子产生微位移差进行直线或旋转运动的，使得每个周期的回退步距具有差别，影响该类马达运行的稳定性。
[0004]2015年曲建俊等人设计了一款被动钳位尺蠖型压电马达，其定子结构上由驱动箝位体、保持箝位体和驱动体组成，在一定的信号时序控制下，实现驱动体中压电叠堆的横向运动带动钳位体的垂直运动，压电叠堆的横向运动和箝位体与直线滑轨的有序夹紧松开，形成尺蠖过程，从而实现电机的直线驱动。工作过程中压电叠堆的横向运动部分转化为钳位体的垂直运动，使得驱动力较小，因此工作频率为70 Hz 时，空载运行最大速度为0.43 mm/s，最大输出力为2.1 N ，工作频率相对其他类型的马达较低，导致输出速度也较低，且结构中使用压电叠堆驱动使得成本较高。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术提供了一种基于悬臂梁结构合成运动的尺蠖谐振型压电马达，结构简单，且均采用单谐波驱动，工作在谐振状态下，能量转化效率较好，与同类型其他马达相比，具有无回退、电源控制方便等特点，且其工作在谐振状态下可以显著提高马达的工作效率，压电双晶片可以简化定子的结构，降低马达成本。
[0006]本专利技术的具体技术方案如下：一种基于悬臂梁结构合成运动的尺蠖谐振型压电马达，包括马达底座1、柔性定子机构2、钳位弹性振子3、驱动弹性振子4、预紧机构5、直线滑轨6和一对滑块7；所述马达底座1为L形板，所述预紧机构5包括直立的预紧板51和一对预紧螺栓52，预紧板51纵向布置在马达底座1的水平部伸出端，使得预紧板51和马达底座1的竖直部相对布置，并通过一对预紧螺栓52预紧固定；所述一对滑块7固定安装在预紧板51内侧面，直线滑轨6滑动配合位于一对滑块7的一对滑槽内，使得直线滑轨6纵向布置；
所述柔性定子机构2包括定子基座21、第一连接板22和第二连接板23，定子基座21通过安装架24布置在马达底座1的竖直部内侧，第一连接板22直立布置，且第一连接板22的纵向一端和定子基座21的纵向一端柔性连接，第二连接板23为倒L形，且第二连接板23的水平部和竖直部柔性连接，第二连接板23的水平部和第一连接板22固定连接，使得第二连接板23的竖直部纵向布置；钳位弹性振子3和驱动弹性振子4的结构相同，均包括基片31、一对压电片32和一对质量块33，基片31为直立的长条状矩形薄片，一对压电片32对应布置在基片31的两侧面，一对质量块33对应布置在基片31悬伸端的两侧面；所述钳位弹性振子3的基片31一端插设于第一连接板22的插槽内，使得钳位弹性振子3纵向悬伸布置，所述驱动弹性振子4的基片31一端插设于第二连接板23的竖直部插槽内，使得驱动弹性振子4横向悬伸在直线滑轨6的上方，所述驱动弹性振子4的基片31上设有驱动足34，使得驱动足34和直线滑轨6的内侧面对应贴合；工作时，向钳位弹性振子3的一对压电片32和驱动弹性振子4的一对压电片32分别输入相位差为90
°
的谐波激励信号，使得钳位弹性振子3和驱动弹性振子4在一个周期内往复摆动，当钳位弹性振子3向靠近直线滑轨6的方向摆动时，驱动足34和直线滑轨6的内侧面抵紧接触，此时驱动足34运动带动直线滑轨6在一对滑槽内滑动，调整输入的谐波激励信号的相位差，使得直线滑轨6在一对滑槽内反方向滑动；循环激励信号，实现直线滑轨6的双向直线运动。
[0007]进一步，所述安装架24包括水平的安装块241和L形的一对安装板242，一对安装板242的一对水平部纵向布置在马达底座1的竖直部内侧，安装块241位于一对安装板242之间，并和一对安装板242固定连接，所述定子基座21固定安装在安装块241的上端。
[0008]进一步，所述第一连接板22的纵向一端为单轴直圆型柔性铰链，实现第一连接板22和定子基座21的纵向一端柔性连接；所述第二连接板23的竖直部下端为单轴直圆型柔性铰链，实现第二连接板23的水平部和竖直部柔性连接，且第二连接板23的竖直部上并列开设有一对U形槽，一对螺栓水平穿过第一连接板22和第二连接板23的一对U形安装槽固定，使得第二连接板23水平部和第一连接板22固定连接。
[0009]进一步，每个所述滑块为倒U形，滑块的底板和所述预紧板51内侧固定连接，所述直线滑轨6滑动配合位于一对滑块7U形的一对滑槽内；每个所述预紧螺栓通过预紧弹簧53水平穿过预紧板51和马达底座1的竖直部的对应一端，且预紧螺栓的悬伸端通过蝶形螺母54锁紧固定，使得所述直线滑轨6的内侧面和所述驱动足34靠紧接触。
[0010]进一步，所述驱动足34为直立的矩形块状，且驱动足34靠紧所述直线滑轨6的内侧面的端面为弧面。
[0011]进一步，所述预紧板51的下端向内弯折形成下侧板，下侧板的两端分别设有插条511和倒U形插板512，且插条511和倒U形插板512均横向布置，所述马达底座1的水平部两端分别设有插槽，所述插条511配合插设于插槽内，且通过螺栓和U形插板512的配合锁紧固定，使得预紧板51纵向布置并固定在马达底座1的水平部伸出端。
[0012]进一步，每个所述压电片的材料为压电陶瓷PZT
‑
4。
[0013]进一步，所述压电马达的工作频率为80 Hz 时，空载运行最大速度为7.8mm/s，最大输出力为2.4 N。
[0014]本专利技术的有益技术效果如下：（1）本专利技术的一种基于悬臂梁结构合成运动的尺蠖谐振型压电马达，包括驱动弹性振子和钳位弹性振子，钳位弹性振子和直线滑轨纵向平行布置，由于钳位弹性振子的基片悬伸端通过第一连接板和定子基座柔性连接，驱动弹性振子的基片通过第二连接板和第一连接板柔性连接，当输入相位差为90
º
的谐波激励信号，钳位弹性振子在一个振动周期内实现靠近或远离直线滑轨，使得驱动足靠紧或脱离直线滑轨的内侧面，实现直线滑轨在一对滑槽内直线运动，改变输入谐波信号的相位差可实现马达反向直线运动；因此本专利技术实现压电马达的驱动和钳位一体，结构简单，且均采用单谐波驱动，工作在谐振状态下，能量转化效率较好。与同类型其他马达相比，在运行过程中无滑动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于悬臂梁结构合成运动的尺蠖谐振型压电马达，其特征在于：包括马达底座（1）、柔性定子机构（2）、钳位弹性振子（3）、驱动弹性振子（4）、预紧机构（5）、直线滑轨（6）和一对滑块（7）；所述马达底座（1）为L形板，所述预紧机构（5）包括直立的预紧板（51）和一对预紧螺栓（52），预紧板（51）纵向布置在马达底座（1）的水平部伸出端，使得预紧板（51）和马达底座（1）的竖直部相对布置，并通过一对预紧螺栓（52）预紧固定；所述一对滑块（7）固定安装在预紧板（51）内侧面，直线滑轨（6）滑动配合位于一对滑块（7）的一对滑槽内，使得直线滑轨（6）纵向布置；所述柔性定子机构（2）包括定子基座（21）、第一连接板（22）和第二连接板（23），定子基座（21）通过安装架（24）布置在马达底座（1）的竖直部内侧，第一连接板（22）直立布置，且第一连接板（22）的纵向一端和定子基座（21）的纵向一端柔性连接，第二连接板（23）为倒L形，且第二连接板（23）的水平部和竖直部柔性连接，第二连接板（23）的水平部和第一连接板（22）固定连接，使得第二连接板（23）的竖直部纵向布置；钳位弹性振子（3）和驱动弹性振子（4）的结构相同，均包括基片（31）、一对压电片（32）和一对质量块（33），基片（31）为直立的长条状矩形薄片，一对压电片（32）对应布置在基片（31）的两侧面，一对质量块（33）对应布置在基片（31）悬伸端的两侧面；所述钳位弹性振子（3）的基片（31）一端插设于第一连接板（22）的插槽内，使得钳位弹性振子（3）纵向悬伸布置，所述驱动弹性振子（4）的基片（31）一端插设于第二连接板（23）的竖直部插槽内，使得驱动弹性振子（4）横向悬伸在直线滑轨（6）的上方，所述驱动弹性振子（4）的基片（31）上设有驱动足（34），使得驱动足（34）和直线滑轨（6）的内侧面对应贴合；工作时，向钳位弹性振子（3）的一对压电片（32）和驱动弹性振子（4）的一对压电片（32）分别输入相位差为90
°
的谐波激励信号，使得钳位弹性振子（3）和驱动弹性振子（4）在一个周期内往复摆动，当钳位弹性振子（3）向靠近直线滑轨（6）的方向摆动时，驱动足（34）和直线滑轨（6）的内侧面抵紧接触，此时驱动足（34）运动带动直线滑轨（6）在一对滑槽内滑动，调整输入的谐波激励信号的相位差，使得直线滑轨（6）在一对滑槽内反方向滑动；循环激励信号，实现直线滑轨（6）的双向直线运动。...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺良国，田海涛，李新宇，窦浩天，岳旭康，钱安，万志凯，刘丰羽，黄正，
申请(专利权)人：合肥工业大学智能制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：