CN103326616B - 一种大步长尺蠖式作动器 - Google Patents

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敬子建
徐明龙
吴成松
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西安交通大学
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Abstract

一种大步长尺蠖式作动器,所述作动器安装于滑轨内部,包括连接环,固定连接于连接环两端的第一箝位机构和第二箝位机构,固定连接于连接环中部的作动环,伸长压电堆安装在作动环内部,第一箝位压电堆安装在第一箝位机构内部,第二箝位压电堆安装在第二箝位机构内部,所述第一箝位机构、连接环和第二箝位机构组成作动器外部框架;所述外部框架采用慢走丝线切割机床一体加工而成;所述第一箝位机构、第二箝位机构、连接环和作动环采用桥式位移放大机构;本发明作动器步长大,行进速率高,可实现断电箝位,同时具有结构紧凑,体积小,重量轻的特点。

Description

一种大步长尺蠖式作动器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种压电作动器,具体涉及一种大步长尺蠖式作动器。
背景技术
[0002] 尺蠖式作动器又称为步进式作动器,通过协调控制箝位机构和作动环以实现类似于尺蠖爬行的步进。由于具有较长的行程,同时兼具较高的位移输出分辨率因此广泛应用于微电子技术、生物工程、航天工程等领域。但现有的尺蠖式作动器存在步长较小的问题,导致其位移输出速率较低。
发明内容
[0003] 为了解决上述现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种大步长尺蠖式作动器,该作动器步长大,行进速率高,可实现断电箝位,同时具有结构紧凑,体积小,重量轻的特点。
[0004] 为达到以上目的,本发明采用如下技术方案:
[0005] 一种大步长尺蠖式作动器,所述作动器安装于滑轨8内部,包括连接环3,固定连接于连接环3两端的第一箝位机构I和第二箝位机构6,固定连接于连接环3中部的作动环4,伸长压电堆5安装在作动环4内部,第一箝位压电堆2安装在第一箝位机构I内部,第二箝位压电堆7安装在第二箝位机构6内部,所述第一箝位机构1、连接环3和第二箝位机构6组成作动器外部框架9。
[0006] 所述外部框架9采用慢走丝线切割机床一体加工而成。
[0007] 所述第一箝位机构1、第二箝位机构6、连接环3和作动环4采用桥式位移放大机构。
[0008] 本发明和现有技术相比,具有如下优点:
[0009] 本发明伸长压电堆5通电伸长后,对作动环4沿X方向输入位移,该位移放大后沿y方向输出,导致连接环3沿y方向受拉,即对连接环3沿y方向输入位移,该位移被放大后沿连接环3的X方向输出。从而导致伸长压电堆5输出的位移被放大两次后由连接环3的X方向输出,因此该作动器在步进时得每一步可具有较大步长。
[0010] 除此之外,当压电堆2和压电堆7通电之前,第一箝位机构I和第二箝位机构6即保持于箝位状态,当压电堆2和压电堆7通电后,第一箝位机构I和第二箝位机构6纵向长度增加,横向长度减小,从而与滑轨8脱离接触,解除箝位状态。因此当压电堆2和压电堆7断电后,第一箝位机构I和第二箝位机构6恢复原长,实现作动器的断电箝位。
附图说明
[0011] 图1为本发明结构示意图。
[0012] 图2为桥式位移放大机构原理图。
[0013] 图3为外部框架9示意图。
[0014] 图4为作动环4示意图。
具体实施方式
[0015] 以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0016] 如图1所示,本发明一种大步长尺蠖式作动器,所述作动器安装于滑轨8内部,包括连接环3,固定连接于连接环3两端的第一箝位机构I和第二箝位机构6,固定连接于连接环3中部的作动环4,伸长压电堆5安装在作动环4内部,第一箝位压电堆2安装在第一箝位机构I内部,第二箝位压电堆7安装在第二箝位机构6内部,所述第一箝位机构1、连接环3和第二箝位机构6组成作动器外部框架9。
[0017] 作为本发明的优选实施方式,所述第一箝位机构1、第二箝位机构6、连接环3和作动环4采用桥式位移放大机构。原理如图2所示,当桥式位移放大机构沿X方向长度增加后,沿y方向长度将成比例减小,从而输出位移。
[0018] 如图3所示,所述第一箝位机构1、连接环3和第二箝位机构6组成作动器外部框架9,所述外部框架9采用精密慢走丝线切割机床一体加工而成,可避免装配误差,具有加工尺寸精度高的优点。
[0019] 如图4所示,为作动环4示意图。
[0020] 如图1所示,本发明的工作原理为:伸长压电堆5通电伸长后,对作动环4沿X方向输入位移,该位移放大后沿y方向输出,导致连接环3沿y方向受拉,即对连接环3沿y方向输入位移,该位移被放大后沿连接环3的X方向输出。从而导致伸长压电堆5输出的位移被放大两次后由连接环3的X方向输出,因此该作动器在步进时得每一步可具有较大步长。
[0021] 对于第一箝位机构I和第二箝位机构6,第一箝位压电堆2和第二箝位压电堆7通电伸长后,第一箝位机构I和第二箝位机构6沿y轴方向长度减小,即与滑轨8脱离,解除箝位状态。当第一箝位压电堆2和第二箝位压电堆7断电后,第一箝位机构I和第二箝位机构6恢复原长,对滑轨8施加正压力,即进入箝位状态。具体如下:
[0022] 第一步,第二箝位压电堆7通电伸长,使第二箝位机构6与滑轨8脱离接触,第二箝位机构6解除箝位;
[0023] 第二步,伸长压电堆5通电伸长,作动环4沿y方向长度减小,导致连接环3沿y方向受拉,因此沿X方向长度增加,输出位移;
[0024] 第三步,伸长压电堆5伸长完毕后,第二箝位压电堆7恢复原长,箝位机构6恢复箝位;
[0025] 第四步,第一箝位压电堆2通电伸长,使第一箝位机构I与滑轨8脱离接触,第一箝位机构I解除箝位;
[0026] 第五步,伸长压电堆5恢复原长,因此连接环3恢复原长,作动器完成一次步进。
[0027] 通过重复上述步骤,作动器可实现大行程作动。

Claims (3)

1.一种大步长尺蠖式作动器,其特征在于:所述作动器安装于滑轨(8)内部,包括连接环(3),固定连接于连接环(3)两端的第一箝位机构(I)和第二箝位机构(6),固定连接于连接环(3)中部的作动环(4),伸长压电堆(5)安装在作动环(4)内部,第一箝位压电堆(2)安装在第一箝位机构(I)内部,第二箝位压电堆(X)安装在第二箝位机构(6)内部,所述第一箝位机构(I)、连接环(3)和第二箝位机构(6)组成作动器外部框架(9);第一箝位压电堆(2)和第二箝位压电堆(7)通电之前,第一箝位机构(I)和第二箝位机构¢)即保持于箝位状态,当第一箝位压电堆(2)和第二箝位压电堆(7)通电后,第一箝位机构(I)和第二箝位机构(6)纵向长度增加,横向长度减小,从而与滑轨(8)脱离接触,解除箝位状态;因此当第一箝位压电堆(2)和第二箝位压电堆(7)断电后,第一箝位机构(I)和第二箝位机构(6)恢复原长,实现作动器的断电箝位。
2.根据权利要求1所述的一种大步长尺蠖式作动器,其特征在于:所述外部框架(9)采用慢走丝线切割机床一体加工而成。
3.根据权利要求1所述的一种大步长尺蠖式作动器,其特征在于:所述第一箝位机构(I)、第二箝位机构(6)、连接环(3)和作动环(4)采用桥式位移放大机构。
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