CN106059377B - 一种步进压电驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种步进压电驱动器，包括压电振子、中间质量块、侧质量块和复合悬臂，两个尺寸相同的所述压电振子关于中间质量块对称布置，压电振子的两端分别固定连接在中间质量块和侧质量块上，复合悬臂为薄片型结构且由低摩擦弹性材料和高摩擦弹性材料层合构成，低摩擦弹性材料和所述高摩擦弹性材料的摩擦系数不同，所述低摩擦弹性材料和高摩擦弹性材料的层合面与所述压电陶瓷和弹性基板的粘接面平行，所述中间质量块的下底面与工作平面不接触，复合悬臂与所述工作平面接触，压电振子振动，侧质量块产生运动并使复合悬臂弯曲，复合悬臂中不同摩擦系数的材料接触工作平面，驱动器可产生定向运动，结构简单、环境适用性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于压电驱动领域，具体涉及一种步进压电驱动器。
背景技术
随着科学技术的发展，微型驱动技术在超精密机械及其制造、精密测量、生物医疗等学科领域中占据越来越重要的地位，微型驱动器在民用方面也越来越受到关注。压电陶瓷材料具备高精度、响应快、驱动功率低、工作频率宽、不受电磁干扰等优点，因此近年来，对于由此类元件作为驱动源的精密驱动器得到较快发展。然而，现有的压电式微型驱动器结构相对复杂，加工困难，成本较高，并且多为刚性结构，工作时驱动器直接与工作平面刚性接触，对工作环境的要求相对较高、适用性不强，因此设计一种结构简单、运动稳定、环境适用性强的微小型驱动器十分必要。
发明内容
为解决目前微型压电驱动器运动不稳定、适用性不强等问题，提出了一种步进压电驱动器，该驱动器由压电振子、中间质量块、侧质量块和复合悬臂构成，压电振子在交变电流的作用下产生弯曲变形，侧质量块产生振动，复合悬臂产生弯曲，在一个运动周期内，由于复合悬臂采用不同摩擦系数的材料，不同材料在接触工作平面时摩擦力不同，摩擦力小则位移大，驱动器朝向摩擦系数较小的材料一侧运动。本发明与目前驱动器相比，运动更加稳定，结构简单，且环境适用性强。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一种步进压电驱动器，包括压电振子、中间质量块和侧质量块，其特征在于还包括复合悬臂，其中所述压电振子由压电陶瓷和弹性基板粘接构成，两个尺寸相同的所述压电振子关于中间质量块对称布置，所述压电振子的两端分别固定连接在中间质量块和侧质量块上；所述复合悬臂为薄片型结构且由低摩擦弹性材料和高摩擦弹性材料层合构成，所述低摩擦弹性材料和所述高摩擦弹性材料都为薄片型结构且尺寸相同，所述低摩擦弹性材料的摩擦系数小于所述高摩擦弹性材料的摩擦系数，在每个所述侧质量块下表面垂直布置四个所述复合悬臂，所述低摩擦弹性材料和高摩擦弹性材料的层合面与所述压电陶瓷和弹性基板的粘接面平行，所有的所述低摩擦弹性材料面向同一侧；所述中间质量块的下底面与工作平面不接触，所述复合悬臂与所述工作平面接触。
每个所述侧质量块下表面的复合悬臂数量可以为M行N列个，M大于等于2，N大于等于2。
工作时，压电振子作为动力源在交变电压的作用下发生往复弯曲变形，侧质量块运动的同时复合悬臂弯曲变形，在一个运动周期内，由于复合悬臂采用不同摩擦系数的材料，不同材料在接触工作平面时摩擦力不同，驱动器朝向摩擦系数较小的材料一侧运动的总距离大于朝向摩擦系数较大的材料一侧运动的总距离，故驱动器朝向摩擦系数小的材料一侧运动。在一个周期内，零到四分之一周期时，压电振子弯曲，侧质量块受到压电振子作用力并向前运动，中间质量块受到向后的反作用力并向后运动，在侧质量块下表面并与工作平面接触的复合悬臂弯曲，摩擦系数较小的低摩擦弹性材料接触工作平面，侧质量块第一次向前运动，四分之一周期末时驱动器的状态如图3中的上侧图虚线所示，实线为一个周期开始时的初始位置；四分之一到四分之三周期时，侧质量块受到压电振子向后的作用力并向后运动，中间质量块受到向前的反作用力并向前运动，摩擦系数较大的高摩擦弹性材料接触工作平面，侧质量块第一次向后运动，四分之三周期末时驱动器的状态如图3中的中间图虚线所示，实线为一个周期开始时的初始位置；四分之三到一个周期时，侧质量块受到压电振子向前的作用力并向前运动，中间质量块受到向后的反作用力并向后运动，摩擦系数较小的低摩擦弹性材料接触工作平面，侧质量块第二次向前运动，一个周期末时驱动器的状态如图3中的下侧图虚线所示，实线为一个周期开始时的初始位置，由于低摩擦弹性材料的摩擦系数小于高摩擦弹性材料，故低摩擦弹性材料产生的摩擦力小于高摩擦弹性材料产生的摩擦力，一个周期内，侧质量块第一次和第二次向前运动时复合悬臂产生的摩擦力小于第一次向后运动时的摩擦力，故侧质量块第一次和第二次向前运动的总距离大于侧质量块第一次向后运动的总距离，以侧质量块为基准，驱动器向前运动。
附图说明
图1是本发明一种步进压电驱动器的装配图。
图2是本发明中复合悬臂的结构示意图。
图3是本发明工作时的运动示意图。
具体实施方式
参照图1和图2，本发明一种步进压电驱动器，包括压电振子1、中间质量块2和侧质量块3，其特征在于还包括复合悬臂4，其中所述压电振子1由压电陶瓷11和弹性基板12粘接构成，两个尺寸相同的所述压电振子1关于中间质量块2对称布置，所述压电振子1的两端分别固定连接在中间质量块2和侧质量块3上；所述复合悬臂4为薄片型结构且由低摩擦弹性材料41和高摩擦弹性材料42层合构成，所述低摩擦弹性材料41和所述高摩擦弹性材料42都为薄片型结构且尺寸相同，所述低摩擦弹性材料41的摩擦系数小于所述高摩擦弹性材料42的摩擦系数，在每个所述侧质量块3下表面垂直布置四个所述复合悬臂4，所述低摩擦弹性材料41和高摩擦弹性材料42的层合面与所述压电陶瓷11和弹性基板12的粘接面平行，所有的所述低摩擦弹性材料41面向同一侧；所述中间质量块2的下底面与工作平面5不接触，所述复合悬臂4与所述工作平面5接触。工作时，压电振子1作为动力源在交变电压的作用下发生往复弯曲变形，侧质量块3运动的同时复合悬臂4弯曲变形，在一个运动周期内，由于复合悬臂4采用不同摩擦系数的材料，不同材料在接触工作平面5时摩擦力不同，驱动器朝向摩擦系数较小的材料一侧运动的总距离大于朝向摩擦系数较大的材料一侧运动的总距离，故驱动器朝向摩擦系数小的材料一侧运动。
Claims (2)
1.一种步进压电驱动器，包括压电振子(1)、中间质量块(2)和侧质量块(3)，其特征在于还包括复合悬臂(4)，其中：
所述压电振子(1)由压电陶瓷(11)和弹性基板(12)粘接构成，两个尺寸相同的所述压电振子(1)关于中间质量块(2)对称布置，所述压电振子(1)的两端分别固定连接在中间质量块(2)和侧质量块(3)上；所述复合悬臂(4)为薄片型结构且由低摩擦弹性材料(41)和高摩擦弹性材料(42)层合构成，所述低摩擦弹性材料(41)和所述高摩擦弹性材料(42)都为薄片型结构且尺寸相同，所述低摩擦弹性材料(41)的摩擦系数小于所述高摩擦弹性材料(42)的摩擦系数，在每个所述侧质量块(3)下表面垂直布置四个所述复合悬臂(4)，所述低摩擦弹性材料(41)和高摩擦弹性材料(42)的层合面与所述压电陶瓷(11)和弹性基板(12)的粘接面平行，所有的所述低摩擦弹性材料(41)面向同一侧；所述中间质量块(2)的下底面与工作平面(5)不接触，所述复合悬臂(4)与所述工作平面(5)接触。
2.根据权利要求1 所述的一种步进压电驱动器，其特征在于：每个所述侧质量块(3)下表面的复合悬臂(4)数量可以为M行N列个，M大于等于2，N大于等于2。
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