CN103671374A - 一种叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构及其预紧方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构，包括平台、叠堆式压电陶瓷驱动器、基座、从动楔块、螺纹调节杆、主动楔块以及推拉块，平台上有凹槽，基座具有容纳槽，容纳槽在基座一侧壁上具有开口，从动楔块滑动连接于开口中，容纳槽顶部有螺纹通孔，螺纹调整部旋进螺纹通孔中，主动楔块开设有通槽，推拉块设置于通槽中，螺纹调节杆连接部与推拉块连接，从动楔块与主动楔块上分别设有斜面，两斜面相接触。本发明还公开了使用上述楔块预紧机构预紧的方法。通过旋转螺纹调节杆推动主动楔块运动，进而推动与之相接触的从动楔块运动以实现对叠堆式压电陶瓷驱动器的预紧，调整及维护简便、预紧平稳、可控双向连续调节以及安装拆卸方便。

Description

一种叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构及其预紧方法

技术领域

本发明涉及一种预紧机构，特别涉及一种叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构及其预紧方法。

背景技术

在精密定位和精密操作系统中常使用叠堆式压电陶瓷驱动器，压电陶瓷的安装对平台的性能具有很大的影响，使用楔块预紧机构对叠堆式压电陶瓷驱动器进行预紧可消除压电陶瓷驱动器和平台间的间隙。但预紧过度易使平台超过最大的行程，严重则导致精密定位平台中一些薄弱部分的损坏，预紧不足则无法起到消除间隙的目的。已有的楔块预紧机构存在下列问题：1、有的不能连续调节预紧的程度；2、有的安装拆卸时需使用特殊的工具进行辅助，使用不方便；3、有的楔块预紧机构需要在平台上加工螺钉孔，影响了平台整体应力分布。

公布号：CN102954323A的发明专利公开了一种用于柔顺机构微动平台的可控楔块预紧机构，其存在以下不足：1、只能连续增加预紧量，当要减小预紧量时只能实现解除自锁，不能实现连续减小预紧量，因此，必须将楔块预紧机构整体从平台拆下复位，再重新增加到需要的预紧程度，故只能单向调节，使用不方便；2、使用千分尺控制预紧量的调节，但千分尺价格较昂贵；3、楔块预紧机构用拉簧作为主动楔块的复位装置，这种设计不紧凑且受基座里的空腔限制难以制造和安装。

发明内容

本发明的目的在于为解决上述技术问题，提供一种使用简便、结构简单紧凑、安装拆卸方便、造价低、与平台结构相互独立、易于控制调整量且可双向连续调节的叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构进行预紧的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构，包括平台、叠堆式压电陶瓷驱动器、基座、从动楔块、螺纹调节杆、主动楔块以及推拉块，平台上有凹槽，叠堆式压电陶瓷驱动器、从动楔块以及基座设置于凹槽中，凹槽一侧壁与叠堆式压电陶瓷驱动器输出端相接，基座一侧与凹槽另一侧壁相接，基座具有容纳槽，容纳槽在基座一侧壁上具有开口，从动楔块滑动连接于开口中，从动楔块一侧面与叠堆式压电陶瓷驱动器相接，容纳槽顶部攻有螺纹通孔，螺纹调节杆包括上端的螺纹调整部和下端的连接部，螺纹调整部旋进螺纹通孔中，螺纹调节杆下端的连接部伸进容纳槽中，主动楔块开设有通槽，推拉块设置于通槽中，通槽上端开设有导孔，所述连接部穿过导孔并与推拉块连接，从动楔块另一侧面与主动楔块一侧面上分别设有斜面，两斜面相接触，主动楔块另一侧面与容纳槽槽壁相接触。

作为优选的方案进一步的，还设置有拉簧，拉簧一端与从动楔块连接，拉簧另一端与基座相连。

作为优选的方案进一步的，容纳槽内侧壁底部设有凸台，所述凸台侧面与拉簧连接，凸台高出于拉簧外径。

作为优选的方案进一步的，还包括圆锥销，螺纹调节杆的连接部直径小于螺纹调整部直径，所述推拉块竖向开设有竖孔，横向开设有横孔，竖孔与横孔相导通，所述连接部径向开设有销钉孔，连接部穿接于竖孔中，所述圆锥销穿接于横孔和销钉孔中。

作为优选的方案进一步的，主动楔块的宽度由上端向下端减小，从动楔块的宽度由下端向上端减小。

作为优选的方案进一步的，所述从动楔块与开口之间为间隙配合。

作为优选的方案进一步的，主动楔块和从动楔块斜面的倾斜角度相同，斜面倾角为81.5°～87°。

作为优选的方案进一步的，所述螺纹通孔上表面设有刻度表。

一种叠堆式压电陶瓷驱动器的预紧方法，使用上述叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构进行预紧，调整时通过旋转螺纹调节杆使主动楔块向下运动，推动与其斜面相接触的从动楔块对叠堆式压电陶瓷驱动器进行预紧，需要减小其预紧量时，反向转动螺纹调节杆使主动楔块向上运动，此时，从动楔块解除自锁，在拉簧的回复力作用下减小其预紧量。

作为优选的方案进一步的，增大或减小的预紧量通过下式控制：

式中，l表示增大或减小的预紧量；

表示螺纹调节杆旋转的角度；n表示螺纹调节杆螺纹的线数；P表示螺纹调节杆的螺距；θ表示主动楔块或从动楔块的斜面倾角。

本发明的工作原理：预紧叠堆式压电陶瓷驱动器时，顺时针拧螺纹调节杆使之向下运动，推动主动楔块竖直向下运动，由于斜面的作用，从动楔块水平向左移动，实现对叠堆式压电陶瓷驱动器的平稳预紧，此时，从动楔块自锁，拉簧处在拉伸状态，基座上的凸台起下限位的作用。

拆卸叠堆式压电陶瓷驱动器或减小其预紧量时，逆时针拧动螺纹调节杆使推拉块向上运动，推拉块在圆锥销的带动下随螺纹调节杆上升并带动主动楔块上升，此时，从动楔块解除自锁，在拉簧的回复力作用下向右移动，与主动楔块始终保持接触。

无论是在增大预紧量还是减小预紧量的过程中，调节量l(即从动楔块水平运动的位移大小)均可以通过下式控制：

式中，l表示增大或减小的预紧量；表示螺纹调节杆旋转的角度；n表示螺纹调节杆螺纹的线数；P表示螺纹调节杆螺距；θ表示主动楔块或从动楔块的斜面倾角。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明通过旋转螺纹调节杆推动主动楔块运动，进而推动与之相接触的从动楔块对叠堆式压电陶瓷驱动器进行预紧，若预紧过量，只需要反向旋转螺纹调节杆，从动楔块即可实现减小预紧量，无需在减小预紧量时将楔块预紧机构整体从平台拆下，且调整及维护简便、预紧平稳、易于控制调整量、可双向连续调节、结构简单紧凑、安装拆卸方便，推拉块设置在主动楔块的通槽中，减小了推拉块占用的空间，减小了基座的体积；此外，本发明的楔块预紧机构是一个独立的模块，不影响平台加工且无需设置弹簧使主动楔块上升复位，易于制造且制造成本低。

2、为使从动楔块能更好地复位和实现连续减小预紧量，使从动楔块与主动楔块始终保持紧密配合，设置一拉簧，拉簧一端与从动楔块连接，拉簧另一端与基座相连。调整时，只需要反向旋转螺纹调节杆，从动楔块在拉簧的作用下即可实现连续减小预紧量或使从动楔块复位，无需在复位时将楔块预紧机构整体从平台拆下。

3、主动楔块中的通槽方便了推拉块的安装；为方便螺纹调整部的螺纹加工及推拉块小型化，将螺纹调节杆的连接部的直径设置成小于螺纹调整部的直径。

4、主动楔块和从动楔块斜面的倾斜角度相同，为使从动楔块具有自锁的效果，将斜面倾角设置为81.5°～87°，保证了预紧效果的稳定性，避免出现松脱的现象。

5、为易于控制调整量，所述基座上的螺纹通孔的上表面设有刻度表。

6、为防止主动楔块下行过度损坏拉簧，在容纳槽内侧壁底部设有凸台，所述凸台侧面与拉簧连接，凸台高出于拉簧外径，限制了主动楔块下行的距离。

附图说明

图1是本发明叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构的结构示意图。

图2是本发明的主动楔块处于上止点时的示意图。

图3是本发明的主动楔块处于下止点时的示意图。

图4是本发明的基座俯视图。

图5是本发明基座的剖视图。

图6是本发明螺纹调节杆的结构示意图。

图7是本发明主动楔块的剖视图。

图8是本发明主动楔块俯视图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一：

如图1-8所示,一种叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构，包括平台1、叠堆式压电陶瓷驱动器2、从动楔块3、基座4、螺纹调节杆5、主动楔块6、推拉块7、圆锥销8以及拉簧9；如图1所示，平台1上有凹槽10，叠堆式压电陶瓷驱动器2、从动楔块3以及基座4设置于凹槽10中，凹槽10一侧壁与叠堆式压电陶瓷驱动器2的输出端相接，基座4一侧与凹槽10另一侧壁相接；如图1-3和图5所示，基座4具有容纳槽11，容纳槽11在基座4一侧壁上具有开口，从动楔块3滑动连接于开口中，具体的，所述从动楔块3与开口之间为间隙配合。

如图1-3和图5所示，从动楔块3一侧面与叠堆式压电陶瓷驱动器2相接，容纳槽11顶部攻有螺纹通孔，如图6所示，螺纹调节杆5包括上端的螺纹调整部51和下端的连接部52，如图1-3所示，螺纹调整部51旋进螺纹通孔中，螺纹调节杆51下端的连接部52伸进容纳槽11中，主动楔块6开设有通槽61，推拉块7设置于通槽61中，通槽61上端开设有导孔，所述连接部52穿过导孔与推拉块7连接，从动楔块3右侧面与主动楔块6左侧面上分别设有斜面，两斜面相接触，主动楔块6和从动楔块3斜面的倾斜角度相同，斜面倾角为81.5°～87°。具体的，主动楔块6的宽度由上端向下端减小，从动楔块3的宽度由下端向上端减小。主动楔块6右侧面与容纳槽11右槽壁相接触，主动楔块6可以沿容纳槽11右槽壁上下滑动。从动楔块3右侧面靠近底部处还与拉簧9一端连接，拉簧另一端与基座4相连。

如图6所示，所述螺纹调节杆5的螺纹调整部51的直径大于连接部52的直径，如图1-3和图7、8所示，螺纹调整部51与导孔间隙配合，所述推拉块7竖向开设有竖孔，横向开设有横孔，竖孔与横孔相导通，所述连接部径向开设有销钉孔，连接部52穿接于竖孔中，所述圆锥销8穿接于横孔和销钉孔中。

如图3所示，容纳槽11内侧壁底部设有凸台12，所述凸台12的侧面与拉簧9连接，凸台12高出于拉簧9外径。

如图4所示，所述基座4的螺纹通孔上表面设有刻度表。

本发明工作时的工作过程及工作原理：如图2-3所示，预紧叠堆式压电陶瓷驱动器2时，顺时针拧螺纹调节杆5使之向下运动，推动主动楔块6竖直向下运动，由于斜面的作用，从动楔块3水平向左移动，实现对叠堆式压电陶瓷驱动器2的平稳预紧，此时，从动楔块3自锁，拉簧9处在拉伸状态，基座4上的凸台12起下限位作用。

拆卸叠堆式压电陶瓷驱动器2或减小其预紧量时，逆时针拧动螺纹调节杆5使之向上运动，推拉块7在圆锥销8的带动下随螺纹调节杆5上升一段距离后顶住主动楔块6，并带动主动楔块6上升，此时，从动楔块3解除自锁，在拉簧9的回复力作用下向右移动，与主动楔块6始终保持接触。

无论是在增大预紧量还是减小预紧量的过程中，调节量l(即从动楔块水平运动的位移大小)均可以由下式控制：

式中，l表示增大或减小的预紧量；表示螺纹调节杆5旋转的角度；n表示螺纹调节杆5螺纹的线数；P表示螺纹调节杆5螺距；θ表示主动楔块6和从动楔块3的斜面倾角。

实施例二：

一种用于叠堆式压电陶瓷驱动器的预紧方法，使用实施例一所述叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构进行预紧，调整时通过旋转螺纹调节杆使主动楔块向下运动，推动与其斜面相接触的从动楔块对叠堆式压电陶瓷驱动器进行预紧。

增大或减小预紧量通过下式控制：

式中，l表示增大或减小的预紧量；

表示螺纹调节杆旋转的角度；n表示螺纹调节杆螺纹的线数；P表示螺纹调节杆的螺距；θ表示主动楔块或从动楔块的斜面倾角。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构，其特征在于：包括平台、叠堆式压电陶瓷驱动器、基座、从动楔块、螺纹调节杆、主动楔块以及推拉块，平台上有凹槽，叠堆式压电陶瓷驱动器、从动楔块以及基座设置于凹槽中，凹槽一侧壁与叠堆式压电陶瓷驱动器输出端相接，基座一侧与凹槽另一侧壁相接，基座具有容纳槽，容纳槽在基座一侧壁上具有开口，从动楔块滑动连接于开口中，从动楔块一侧面与叠堆式压电陶瓷驱动器相接，容纳槽顶部攻有螺纹通孔，螺纹调节杆包括上端的螺纹调整部和下端的连接部，螺纹调整部旋进螺纹通孔中，螺纹调节杆下端的连接部伸进容纳槽中，主动楔块开设有通槽，推拉块设置于通槽中，通槽上端开设有导孔，所述连接部穿过导孔并与推拉块连接，从动楔块另一侧面与主动楔块一侧面上分别设有斜面，两斜面相接触，主动楔块另一侧面与容纳槽槽壁相接触。

2.根据权利要求1所述叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构，其特征在于：还设置有拉簧，拉簧一端与从动楔块连接，拉簧另一端与基座相连。

3.根据权利要求2所述叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构，其特征在于：容纳槽内侧壁底部设有凸台，所述凸台侧面与拉簧连接，凸台高出于拉簧外径。

4.根据权利要求1所述叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构，其特征在于：还包括圆锥销，螺纹调节杆的连接部直径小于螺纹调整部直径，所述推拉块竖向开设有竖孔，横向开设有横孔，竖孔与横孔相导通，所述连接部径向开设有销钉孔，连接部穿接于竖孔中，所述圆锥销穿接于横孔和销钉孔中。

5.根据权利要求1所述叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构，其特征在于：主动楔块的宽度由上端向下端减小，从动楔块的宽度由下端向上端减小。

6.根据权利要求1所述叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构，其特征在于：所述从动楔块与开口之间为间隙配合。

7.根据权利要求1所述叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构，其特征在于：主动楔块和从动楔块斜面的倾斜角度相同，斜面倾角为81.5°～87°。

8.根据权利要求1所述叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构，其特征在于：所述螺纹通孔上表面设有刻度表。

9.一种用于叠堆式压电陶瓷驱动器的预紧方法，其特征在于：使用权利要求2-8任一所述叠堆式压电陶瓷驱动器的楔块预紧机构进行预紧，调整时通过旋转螺纹调节杆使主动楔块向下运动，推动与其斜面相接触的从动楔块对叠堆式压电陶瓷驱动器进行预紧，需要减小其预紧量时，反向转动螺纹调节杆使主动楔块向上运动，此时，从动楔块解除自锁，在拉簧的回复力作用下减小其预紧量。

10.根据权利要求9所述用于叠堆式压电陶瓷驱动器的预紧方法，其特征在于：增大或减小的预紧量通过下式控制：

式中，l表示增大或减小的预紧量；

表示螺纹调节杆旋转的角度；n表示螺纹调节杆螺纹的线数；P表示螺纹调节杆的螺距；θ表示主动楔块或从动楔块的斜面倾角。

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