CN103022339A - 正交型压电位移放大机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正交型压电位移放大机构，该位移放大机构呈菱形对称结构，菱形两对角线相互垂直且不等长，沿着菱形的长对角线设置有叠层型压电陶瓷，菱形的短对角线方向的两个边角处分别设有固定面和受力面，固定面和受力面与所述叠层型压电陶瓷平行。本发明相对于一般的位移放大机构，它具有放大比例高、输出力大、响应速度快、结构简单、易于加工、方便使用、易于模块化、不受电磁干扰等优点。在实现压电位移放大的同时，保持了很好的输出力效果，同时动态特性也非常出色。因此其作为驱动器，在微位移机械系统、微位移定位、比例阀泵、喷嘴、光学精密仪器、航空航天控制等领域中具有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明是一种微位移放大机构，尤其是一种正交型压电位移放大机构，属于精密机械传动技术领域。
背景技术
随着以机器人为代表机械装置的迅速发展，精密机械不断向高精度，高响应速度方向发展。传统的传动机构主要由电机或液压装置来实现。然而电机或液压装置存在许多不足，如体积大、机构复杂、精度不高、响应速度低等，不能适应现代精密机械的需求。
近年来，压电材料以其高的响应速度、大的推力、良好的线性度，得到了国内外广泛的研究和应用。但从总体上看，压电陶瓷其本身输出位移太小，研究多集中于几微米到几十微米之间，使其应用范围受到了限制。国内外研究机构研究了各种位移放大机构，如机械杠杆放大、液压放大等。国内研究得较多的是柔性铰链位移放大机构。但这些研究过于复杂，并且在实现位移放大的同时，极大地减小了驱动器的输出力，无法充分发挥出压电材料优异的驱动性能。这就需要进一步设计新型的放大机构，在位移放大的同时，保持其很大的输出力水平和较高的响应速度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种驱动位移大、输出力大、快速响应、易于控制、结构简单、易于加工、方便使用、易于模块化、不受电磁干扰的压电微位移放大机构。
本发明采用的技术方案为：一种正交型压电位移放大机构，该位移放大机构呈菱形对称结构，菱形两对角线相互垂直且不等长，沿着菱形的长对角线设置有叠层型压电陶瓷，菱形的短对角线方向的两个边角处分别设有固定面和受力面，固定面和受力面与所述叠层型压电陶瓷平行。
本发明利用直角三角形正交位移放大原理实现压电微位移的放大，位移放大机构呈菱形对称结构，位移放大机构的四条斜边柱与菱形两条对角线构成四个相互对称的直角三角形，通过菱形两对角线的不等长来实现位移的放大。
作为优选，所述位移放大机构与叠层型压电陶瓷之间利用预压力方式进行连接，所述位移放大机构采用刚性连接，提高输出力和响应速度，并采用三角线性放大原理，提高位移输出的线性度。叠层型压电陶瓷位于长对角线方向。固定面和受力面相互平行，并与长对角线方向平行，与短对角线方向垂直。位移放大机构在长对角线方向的有两个朝内的面相互平行，用于放置叠层型压电陶瓷。
由以上结构描述可以看出，当叠层型压电陶瓷被施加电压激励后，叠层型压电陶瓷产生形变，即在长对角线方向产生微位移。根据三角形正交放大原理，这个微小的位移经过放大之后转换为短对角线方向的位移，这两个位移的方向是相互垂直的，当固定面被固定之后，这个短对角线方向的位移便在受力面上体现为推（或者拉）的驱动效果。
位移的放大比例由长对角线和短对角线的长度决定。叠层型压电陶瓷在长对角线方向施加给位移放大机构的力也通过位移放大机构的斜边柱传递到短对角线方向，转化为受力面和固定面的推力（或拉力）。
作为优选，所述固定面和受力面上分别设有用于级联的固定孔和螺纹孔，位移放大机构可以组成串联形式，以增大位移的输出范围；也可以组成并联形式，以提高输出力。
有益效果：本发明相对于一般的位移放大机构，它具有放大比例高、输出力大、响应速度快、结构简单、易于加工、方便使用、易于模块化、不受电磁干扰等优点。在实现压电位移放大的同时，保持了很好的输出力效果，同时动态特性也非常出色。因此其作为驱动器，在微位移机械系统、微位移定位、比例阀泵、喷嘴、光学精密仪器、航空航天控制等领域中具有重要的应用价值。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的立体结构示意图；
图3是位移放大机构串联示意图；
图4是位移放大机构并联示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
本发明的正交型位移放大机构可以采用钢、铜合金、铝合金等相关金属材料制作，可以作为标准件制造，也可以根据用户要求的参数设计各部分的尺寸，或是将其与某仪器设备制作成一体。
如图1所示，位移放大机构1呈菱形对称结构，位移放大机构1的四条斜边柱与菱形两条对角线构成四个相互对称的非等腰直角三角形，通过菱形两对角线的不等长来实现位移的放大。位移放大机构采用刚性连接，提高输出力和响应速度，并采用三角线性放大原理，提高位移输出的线性度。固定面3和受力面4相互平行，并与长对角线方向平行，与短对角线方向垂直。位移放大机构1在长对角线方向的有两个朝内的面相互平行，用于放置叠层型压电陶瓷2。叠层型压电陶瓷2位于长对角线方向，位移放大机构1的长对角线方向的有两个朝内的平行面将叠层型压电陶瓷的两个平行的端面夹持住，叠层型压电陶瓷2始终受到预压力，保持接触面无缝隙。由于叠层型压电陶瓷只能受正向压应力，因此在夹持时面与面平行重合放置。如图2所示，位移放大机构带有螺纹孔5和固定孔6，用于级联：可以组成串联形式，以增大位移的输出范围；也可以组成并联形式，以提高输出力。
如图3所示，其为两个位移放大机构串联的立体结构图。
如图4所示，其为两个位移放大机构并联的立体结构图。
按照以上附图的结构，还可以组合出更多结构类型的位移放大机构，即按不同数量、不同形式搭配的各种组合。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (6)
1.一种正交型压电位移放大机构，其特征在于：该位移放大机构呈菱形对称结构，菱形两对角线相互垂直且不等长，沿着菱形的长对角线设置有叠层型压电陶瓷，菱形的短对角线方向的两个边角处分别设有固定面和受力面，固定面和受力面与所述叠层型压电陶瓷平行。
2.根据权利要求1所述的正交型压电位移放大机构，其特征在于：所述位移放大机构与叠层型压电陶瓷之间利用预压力方式进行连接。
3.根据权利要求1所述的正交型压电位移放大机构，其特征在于：所述位移放大机构采用刚性连接。
4.根据权利要求1所述的正交型压电位移放大机构，其特征在于：所述固定面和受力面上分别设有用于级联的固定孔和螺纹孔。
5.根据权利要求4所述的正交型压电位移放大机构，其特征在于：所述位移放大机构为多个，位移放大机构采用串联形式连接。
6.根据权利要求4所述的正交型压电位移放大机构，其特征在于：所述位移放大机构为多个，位移放大机构采用并联形式连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130403 |