CN105429504A - 一种菱形和沙漏形机构串联的双向压电堆作动器及作动方法 - Google Patents

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徐明龙
周媛
陈楠
宋思扬
刘开园
张丰
朱建阳
张舒文
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Abstract

一种菱形和沙漏形机构串联的双向压电堆作动器及作动方法，该作动器包括通过刚性连接件刚性连接的上沙漏形位移放大机构与下菱形位移放大机构，分别设置在上沙漏形位移放大机构和下菱形位移放大机构长轴内的上压电堆和下压电堆；上沙漏形位移放大机构由沿Z轴方向的厚边、与厚边一体化连接并与Z轴正方向成锐角的薄边以及与薄边一体化连接并垂直于Z轴方向的短边组成；通过下压电堆通电伸长使作动器产生沿Z轴负向的位移，通过上压电堆通电伸长使作动器产生沿Z轴正向的位移，为避免正、负向位移相互抵消，上、下压电堆各自独立驱动，无需同时工作；本发明具有双向作动的优点，相对于单向作动压电作动器具有更大的位移调节余量及更灵活的应用场景。

Description

一种菱形和沙漏形机构串联的双向压电堆作动器及作动方法
技术领域
本发明涉及一种压电作动器，具体涉及一种菱形和沙漏形机构串联的双向压电堆作动器及作动方法。
背景技术
作动器作为主动控制系统的实施机构，在航空航天、光学、生物工程等领域有较为广泛的应用。响应速度快、作动精度高、调节范围广是未来作动器发展的主要趋势。传统的单向作动压电作动器输出位移的调节范围较为有限，应用场景单一。
发明内容
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菱形和沙漏形机构串联的双向压电堆作动器及作动方法，具有结构简单，体积小，重量轻，双向作动的优点，相对于单向作动压电作动器具有更大的位移调节余量及更灵活的应用场景。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种菱形和沙漏形机构串联的双向压电堆作动器，包括通过刚性连接件3刚性连接在一起的上沙漏形位移放大机构5与下菱形位移放大机构2，分别设置在上沙漏形位移放大机构5和下菱形位移放大机构2长轴内的上压电堆4和下压电堆1；所述上沙漏形位移放大机构5由沿Z轴方向的厚边5-1、与厚边5-1一体化连接并与Z轴正方向成锐角的薄边5-2以及与薄边5-2一体化连接并垂直于Z轴方向的短边5-3组成，所述厚边5-1用于传递压电堆的作动力，推动薄边5-2发生变形，使短边5-3沿Z轴方向移动。
所述下压电堆1与下菱形位移放大机构2通过过盈配合连接在一起，上压电堆4与上沙漏形位移放大机构5也通过过盈配合连接在一起。
所述的菱形和沙漏形机构串联的双向压电堆作动器的作动方法，作动时，将下菱形位移放大机构2的下端固定，通过下压电堆1通电伸长，使下菱形位移放大机构2长轴伸长，短轴缩短，进而使作动器产生沿Z轴负向的位移；通过上压电堆4通电伸长，使上沙漏形位移放大机构5长轴伸长，带动沿Z轴方向的短轴也伸长，进而使作动器产生沿Z轴正向的位移；为避免正、负向位移相互抵消，上、下压电堆各自独立驱动，无需同时工作。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
通过下压电堆1通电伸长使作动器产生沿Z轴负向的位移，通过上压电堆4通电伸长使作动器产生沿Z轴正向的位移，为避免正、负向位移相互抵消，上、下压电堆相互独立工作；本发明具有结构简单，体积小，重量轻，双向作动的优点，相对于单向作动压电作动器具有更大的位移调节余量及更灵活的应用场景。
附图说明
附图为本发明菱形和沙漏形机构串联的双向压电堆作动器结构示意图。
具体实施方式
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。
如附图所示，本发明一种菱形和沙漏形机构串联的双向压电堆作动器，包括通过刚性连接件3刚性连接在一起的上沙漏形位移放大机构5与下菱形位移放大机构2，分别设置在上沙漏形位移放大机构5和下菱形位移放大机构2长轴内的上压电堆4和下压电堆1；所述上沙漏形位移放大机构5由沿Z轴方向的厚边5-1、与厚边5-1一体化连接并与Z轴正方向成锐角的薄边5-2以及与薄边5-2一体化连接并垂直于Z轴方向的短边5-3组成，所述厚边5-1用于传递压电堆的作动力，推动薄边5-2发生变形，使短边5-3沿Z轴方向移动。
作为本发明的优选实施方式，所述下压电堆1与下菱形位移放大机构2通过过盈配合连接在一起，上压电堆4与上沙漏形位移放大机构5也通过过盈配合连接在一起，防止压电作动器作动时压电堆脱落。
如附图所示，本发明一种菱形和沙漏形机构串联的双向压电堆作动器的作动方法为：作动时，将下菱形位移放大机构2的下端固定，通过下压电堆1通电伸长，使下菱形位移放大机构2长轴伸长，短轴缩短，进而使作动器产生沿Z轴负向的位移；通过上压电堆4通电伸长，使上沙漏形位移放大机构5长轴伸长，带动沿Z轴方向的短轴也伸长，进而使作动器产生沿Z轴正向的位移；为避免正、负向位移相互抵消，上、下压电堆各自独立驱动，无需同时工作。本发明具有结构简单，体积小，重量轻，双向作动的优点，相对于单向作动压电作动器具有更大的位移调节余量及更灵活的应用场景。

Claims (3)

1.一种菱形和沙漏形机构串联的双向压电堆作动器，其特征在于：包括通过刚性连接件(3)刚性连接在一起的上沙漏形位移放大机构(5)与下菱形位移放大机构(2)，分别设置在上沙漏形位移放大机构(5)和下菱形位移放大机构(2)长轴内的上压电堆(4)和下压电堆(1)；所述上沙漏形位移放大机构(5)由沿Z轴方向的厚边(5-1)、与厚边(5-1)一体化连接并与Z轴正方向成锐角的薄边(5-2)以及与薄边(5-2)一体化连接并垂直于Z轴方向的短边(5-3)组成，所述厚边(5-1)用于传递压电堆的作动力，推动薄边(5-2)发生变形，使短边(5-3)沿Z轴方向移动。
2.根据权利要求1所述的一种菱形和沙漏形机构串联的双向压电堆作动器，其特征在于：所述下压电堆(1)与下菱形位移放大机构(2)通过过盈配合连接在一起，上压电堆(4)与上沙漏形位移放大机构(5)也通过过盈配合连接在一起。
3.权利要求1所述的一种菱形和沙漏形机构串联的双向压电堆作动器的作动方法，其特征在于：作动时，将下菱形位移放大机构(2)的下端固定，通过下压电堆(1)通电伸长，使下菱形位移放大机构(2)长轴伸长，短轴缩短，进而使作动器产生沿Z轴负向的位移；通过上压电堆(4)通电伸长，使上沙漏形位移放大机构(5)长轴伸长，带动沿Z轴方向的短轴也伸长，进而使作动器产生沿Z轴正向的位移；为避免正、负向位移相互抵消，上、下压电堆各自独立驱动，无需同时工作。
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