CN104241516A - 一种弹性体预紧的压电叠堆驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种弹性体预紧的压电叠堆驱动器，属于精密机械与微纳米级精密定位技术领域。压电叠堆驱动器设置在弹性框架中，预紧螺母安装在弹性框架的内螺纹通孔中，预紧螺母的下端面与压电叠堆驱动器的上端面接触。本发明能够使弹性体预紧的压电叠堆驱动器能够对其内部的压电叠堆驱动器施加预紧力，并且能够方便、可靠的安装压电叠堆驱动器。压电叠堆驱动器安装于弹性框架中，结构紧凑，占用空间小且方便与支座或被驱动件之间的连接。弹性体预紧的压电叠堆驱动器提高了压电叠堆驱动的可靠性、重复性与使用寿命，适用于高精度纳米驱动、高频谐振驱动和高精密定位系统中。
Description
技术领域
本发明涉及一种弹性体预紧的压电叠堆驱动器，属于精密机械与微纳米级精密定位技术领域。
背景技术
压电叠堆驱动器用于精密仪器或设备中实现纳米级位移驱动，力驱动，谐振驱动等。在应用压电叠堆驱动器时，为了避免在使用过程中动态载荷对压电叠堆驱动器的损坏，需要对压电叠堆驱动器施加预紧力，并且保证压电叠堆驱动器能够带动其位移输出端自由伸长与收缩；另外，为了方便安装，一般要求压电叠堆驱动器能够固定在基座上，并且其输出位移端能够与被驱动件衔接固定。
目前，常见的压电叠堆驱动器是裸压电叠堆驱动器，这种驱动器上没有施加预紧力，并且其固定方式通常为粘贴固定，与被驱动件的装配不灵活；也有已施加预紧力的压电叠堆驱动器，如PI公司的机械封装的压电叠堆驱动器，封装后的压电驱动器在应用中往往易于安装。但是市场上封装的压电叠堆驱动器的价位通常是同等规格的裸压电叠堆驱动器的价位二倍多甚至更多。所以设计结构新颖与成本低廉的具有预紧功能且便于安装应用的压电叠堆驱动器是非常必要的。
经过对现有技术文献检索发现，目前市场上的机械封装的压电叠堆驱动器大多数采用封闭式封装，将压电叠堆驱动器放置于狭小的封闭空间内，压电叠堆驱动器的位移输出端位于外部，实现对内部压电叠堆驱动器的预紧与位移驱动功能，这种封装形式结构紧凑，体积小，方便安装，然而其不足是内部结构复杂，且需要考虑防灰尘密封，成本较高。程伶俐等人提出一种压电陶瓷驱动器弹性套筒（程伶俐，余晓芬等，压电陶瓷驱动器弹性套筒的研究，中国机械工程，2010，21（10）：1139-1142），其主要特征是在圆柱体套筒进行局部切割形成弹性套筒，此封装结构简单，但是长期使用进入套筒内的灰尘不易清除。中国专利号 CN 200810010083.7，名称为“压电叠堆驱动器的封装固定结构器”的专利，提出一种π型的柔性封装结构对压电叠堆驱动器施加预紧力，并在封装结构上开出安装孔以便于驱动器的安装，其不足之处是该封装结构占用空间大，不适用于空间有限的场合。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：1、封闭式机械封装的压电叠堆驱动器内部结构复杂，且灰尘不易清除，需要考虑防灰尘密封；2、已有施加预紧力的压电叠堆驱动器的封装结构占用空间大，且加工成本高，针对以上问题，提供一种结构紧凑、成本低廉且无需考虑灰尘问题的敞开式封装的弹性体预紧的压电叠堆驱动器。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种弹性框架，所述的弹性框架为一体结构且关于中心线对称，弹性框架的中心为腔体；腔体的上边为上固定板，下边为下固定板，上固定板和下固定板的上下两端面均垂直于中心线；腔体的左右两侧分别为左弹性支撑板和右弹性支撑板，左弹性支撑板与右弹性支撑板的中间段分别为左弹性组件与右弹性组件；上固定板的的上端面四个角位置分别设置有紧固孔Ⅰ，下固定板的下端面四个角的位置分别设置有紧固孔Ⅱ；弹性框架的内螺纹通孔设置在上固定板的中心位置。
所述的弹性框架材质为弹簧钢或者铍青铜。
一种弹性体预紧的压电叠堆驱动器，压电叠堆驱动器设置在弹性框架中，预紧螺母安装在弹性框架的内螺纹通孔中，预紧螺母的下端面与压电叠堆驱动器的上端面接触。
上述的弹性框架为一体结构且关于中心线对称，弹性框架的中心为腔体；腔体的上边为上固定板，下边为下固定板，上固定板和下固定板的上下两端面均垂直于中心线；腔体的左右两侧分别为左弹性支撑板和右弹性支撑板，左弹性支撑板与右弹性支撑板的中间段分别为左弹性组件与右弹性组件；上固定板的的上端面四个角位置分别设置有紧固孔Ⅰ，下固定板的下端面四个角的位置分别设置有紧固孔Ⅱ；弹性框架的内螺纹通孔设置在上固定板的中心位置。
所述的压电叠堆驱动器用液胶黏固于弹性框架中，压电叠堆驱动器关于中心线对称。
所述的右弹性组件与左弹性组件为至少一个方波形或者三角波形或者倒U的弹性元件组成。
所述的弹性框架材质为弹簧钢或者铍青铜。
相对于现有技术，本发明能够使弹性体预紧的压电叠堆驱动器能够对其内部的压电叠堆驱动器施加预紧力，并且能够方便、可靠的安装压电叠堆驱动器。压电叠堆驱动器安装于弹性框架中，结构紧凑，占用空间小且方便与支座或被驱动件之间的连接。弹性体预紧的压电叠堆驱动器提高了压电叠堆驱动的可靠性、重复性与使用寿命，适用于高精度纳米驱动、高频谐振驱动和高精密定位系统中。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图2的阶梯剖视图。
图4是方波形弹性组件。
图5是三角波形弹性组件。
图6是倒U形弹性组件。
其中，Ⅰ是压电叠堆驱动器；Ⅱ是弹性框架；Ⅲ是预紧螺母；1是中心线；2是内螺纹通孔；3是紧固孔Ⅰ；4是右弹性组件；5是右弹性支撑板；6是紧固孔Ⅱ；7是下固定板；8是左弹性组件；9是左弹性支撑板；10是上固定板。
具体实施方式
一种弹性框架，所述的弹性框架Ⅱ为一体结构且关于中心线1对称，弹性框架Ⅱ的中心为腔体；腔体的上边为上固定板10，下边为下固定板7，上固定板10和下固定板7的上下两端面均垂直于中心线；腔体的左右两侧分别为左弹性支撑板9和右弹性支撑板5，左弹性支撑板9与右弹性支撑板5的中间段分别为左弹性组件8与右弹性组件4；上固定板10的的上端面四个角位置分别设置有紧固孔Ⅰ3，下固定板7的下端面四个角的位置分别设置有紧固孔Ⅱ6；弹性框架Ⅱ的内螺纹通孔设置在上固定板10的中心位置。所述的弹性框架Ⅱ材质为45#钢、65Mn弹簧钢、60Si2Mn弹簧钢、铍青铜（QBe2）或者Al7075-T6 超硬铝。一种弹性体预紧的压电叠堆驱动器，压电叠堆驱动器Ⅰ设置在弹性框架Ⅱ中，预紧螺母Ⅲ安装在弹性框架Ⅱ的的内螺纹通孔2中，预紧螺母Ⅲ的下端面与压电叠堆驱动器Ⅰ的上端面接触。上述的弹性框架Ⅱ为一体结构且关于中心线1对称，弹性框架Ⅱ的中心为腔体；腔体的上边为上固定板10，下边为下固定板7，上固定板10和下固定板7的上下两端面均垂直于中心线；腔体的左右两侧分别为左弹性支撑板9和右弹性支撑板5，左弹性支撑板9与右弹性支撑板5的中间段分别为左弹性组件8与右弹性组件4；上固定板10的的上端面四个角位置分别设置有紧固孔Ⅰ3，下固定板7的下端面四个角的位置分别设置有紧固孔Ⅱ6；弹性框架Ⅱ的内螺纹通孔设置在上固定板10的中心位置。所述的压电叠堆驱动器Ⅰ用液胶黏固于弹性框架Ⅱ中，压电叠堆驱动器Ⅰ关于中心线对称。所述的右弹性组件4与左弹性组件8为至少一个方波形或者三角波形或者倒U的弹性元件组成。所述的弹性框架Ⅱ材质为45#钢、65Mn弹簧钢、60Si2Mn弹簧钢、铍青铜（QBe2）或者Al7075-T6 超硬铝。
弹性体预紧的压电叠堆驱动器各组件之间的装配实施方式：从弹性框架Ⅱ的前边或后边，将压电叠堆驱动器Ⅰ放置于弹性框架Ⅱ的腔体中，压电叠堆驱动器Ⅰ的两侧壁与弹性框架Ⅱ的左弹性支撑板9与右弹性支撑板5的内壁之间留有相同大小的间隙且压电叠堆驱动器Ⅰ的电源引线避开压电叠堆驱动器Ⅰ与左弹性支撑板9、右弹性支撑板5之间的最小间隙处，压电叠堆驱动器Ⅰ的一端面用胶液粘固于下固定板7的内侧面，预紧螺母Ⅱ安装于弹性框架Ⅰ中的内螺纹通孔2中，且使预紧螺母Ⅲ的端面紧贴压电叠堆驱动器Ⅰ的另一端面，对压电叠堆驱动器Ⅰ施加一定的预紧力；装配好的弹性体预紧的压电叠堆驱动器整体关于中心线1对称。
弹性体预紧的压电叠堆驱动器的应用实施方式：通过弹性框架Ⅱ下固定板7上的四个紧固孔Ⅱ6将弹性体预紧的压电叠堆驱动器紧固在基座上，将被驱动件通过弹性框架Ⅱ上固定板上10的四个紧固孔Ⅰ3紧固在弹性体预紧的压电叠堆驱动器Ⅰ上，给压电叠堆驱动器Ⅰ施加驱动电压，根据逆压电效应，压电叠堆驱动器Ⅰ沿轴向伸长，带动弹性框架Ⅱ沿轴向伸长，最终使被驱动件沿轴向移动。
Claims (7)
1. 一种弹性框架，其特征在于：所述的弹性框架为一体结构且关于中心线对称，弹性框架的中心为腔体；腔体的上边为上固定板，下边为下固定板，上固定板和下固定板的上下两端面均垂直于中心线；腔体的左右两侧分别为左弹性支撑板和右弹性支撑板，左弹性支撑板与右弹性支撑板的中间段分别为左弹性组件与右弹性组件；上固定板的的上端面四个角位置分别设置有紧固孔Ⅰ，下固定板的下端面四个角的位置分别设置有紧固孔Ⅱ；弹性框架的内螺纹通孔设置在上固定板的中心位置。
2.根据权利要求1所述的一种弹性框架，其特征在于：所述的弹性框架材质为弹簧钢或者铍青铜。
3. 一种弹性体预紧的压电叠堆驱动器，包括压电叠堆驱动器，其特征在于：压电叠堆驱动器设置在弹性框架中，预紧螺母安装在弹性框架的的内螺纹通孔中，预紧螺母的下端面与压电叠堆驱动器的上端面接触。
4. 根据权利要求3所述的一种弹性体预紧的压电叠堆驱动器，其特征在于：所述的弹性框架为一体结构且关于中心线对称，弹性框架的中心为腔体；腔体的上边为上固定板，下边为下固定板，上固定板和下固定板的上下两端面均垂直于中心线；腔体的左右两侧分别为左弹性支撑板和右弹性支撑板，左弹性支撑板与右弹性支撑板的中间段分别为左弹性组件与右弹性组件；上固定板的的上端面四个角位置分别设置有紧固孔Ⅰ，下固定板的下端面四个角的位置分别设置有紧固孔Ⅱ；弹性框架的内螺纹通孔设置在上固定板的中心位置。
5. 根据权利要求3所述的一种弹性体预紧的压电叠堆驱动器，其特征在于：所述的压电叠堆驱动器用液胶黏固于弹性框架中，压电叠堆驱动器关于中心线对称。
6. 根据权利要求3所述的一种弹性体预紧的压电叠堆驱动器，其特征在于：所述的右弹性组件与左弹性组件为至少一个方波形或者三角波形或者倒U形的弹性元件组成。
7. 根据权利要求3所述的一种弹性体预紧的压电叠堆驱动器，其特征在于：所述的弹性框架材质为弹簧钢或者铍青铜。
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