CN106849745B - 基于压电纤维的粘滑旋转驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于压电纤维的粘滑旋转驱动器，属于微纳精密驱动领域。包括基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、转子(4)；其中预紧力加载平台(2)和转子(4)安装在基座(1)上，定子(3)安装在预紧力加载平台(2)上，与转子(4)弹性接触；定子(3)包括固定座(3‑1)、柔性悬臂梁(3‑2)、压电纤维I(3‑3)、压电纤维II(3‑4)、驱动头(3‑5)；预紧后，定子(3)呈J形，给压电纤维I(3‑3)和压电纤维II(3‑4)施加驱动电信号，压电纤维缓慢伸长，快速缩短，基于粘滑运动原理，驱动转子(4)转动，通过改变锯齿波的对称性、频率改变进给速度，改变电压幅值改变进给精度。本发明优点：结构简单，精度高，行程大,可用于微纳加工、精密光学、航空航天等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于压电纤维的粘滑旋转驱动器,属于微纳精密驱动技术领域。
背景技术
伴随着精密超精密加工、电子学、生物技术、精密测量等领域的快速发展，对微纳米精密驱动技术的要求越来越高，各研究机构也在积极对大行程、高精度的压电驱动器进行研究。大行程与高精度相互矛盾，如何较好地解决这个矛盾,实现大行程、高精度的压电驱动器已成为一个亟待解决的问题。压电纤维是一种新型的压电材料，具有柔性大、质量小，适合贴附于表面，较高的机电耦合系数，抗破坏能力强等优点，可用于实现大行程、高精度的压电驱动器的设计。
发明内容
为了实现大行程、高精度的结合，本发明公开一种基于压电纤维的粘滑旋转驱动器。
本发明通过以下技术方案实现：
基于压电纤维的粘滑旋转驱动器由基座、预紧力加载平台、定子、转子组成,其中预紧力加载平台和转子安装在基座上，定子固定在预紧力加载平台上，与转子弹性接触；所述的定子由固定座、柔性悬臂梁、压电纤维I、压电纤维II、驱动头组成；所述的定子呈J形，通过给压电纤维I和压电纤维II施加驱动电信号，压电纤维缓慢伸长，快速缩短，基于粘滑运动原理，定子产生的摩擦驱动力，通过驱动头传递到转子上，驱动转子转动。
所述的定子，预紧前呈T形，驱动头与转子无应力接触，定子-y向进给h进行预紧，预紧后定子呈J形；驱动头与转子接触点法线与y正向夹角成β度；所述的柔性悬臂梁采用厚度为a的薄片式结构，厚度为b的压电纤维I粘在柔性悬臂梁的右侧，压电纤维II粘在柔性悬臂梁的左侧，驱动头设置在柔性悬臂梁的端部，驱动头与转子弹性接触，驱动转子转动。
工作原理：压电纤维具有通电伸长的特性，基于该特性，将压电纤维粘在柔性悬臂梁的两侧，预紧后，通过驱动电信号激励粘有压电纤维的定子，压电纤维缓慢伸长，快速缩短，基于粘滑运动原理，定子产生摩擦驱动力，驱动转子转动。
本发明的有益效果是：结构简单，精度高，行程大。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。附图中：
图1所示为本发明的结构示意图；
图2所示为本发明的定子结构示意图；
图3所示为本发明的定子局部放大图及预紧前后定子对比图；
图4所示为本发明的驱动原理示意图；
图5所示为本发明的驱动电信号波形示意图。
其中：1、基座；2、预紧力加载平台；3、定子；3-1、固定座；3-2、柔性悬臂梁；3-3、压电纤维I；3-4、压电纤维II；3-5、驱动头；4、转子。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
本实施方式提供一种基于压电纤维的粘滑旋转驱动器的具体实施方案，参见图1至图4所示，基于压电纤维的粘滑旋转驱动器由基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、转子(4)组成,其中预紧力加载平台(2)和转子(4)安装在基座(1)上，定子(3)固定在预紧力加载平台(2)上，与转子(4)弹性接触；所述的定子(3)由固定座(3-1)、柔性悬臂梁(3-2)、压电纤维I(3-3)、压电纤维II(3-4)、驱动头(3-5)组成。
所述的定子(3)，预紧前呈T形，驱动头(3-5)与转子(4)无应力接触，定子(3)-y向进给h进行预紧，预紧后定子(3)呈J形，驱动头(3-5)与转子(4)接触点法线与y正向夹角成β度；所述的柔性悬臂梁(3-2)采用厚度为a的薄片式结构，厚度为b的压电纤维I(3-3)粘在柔性悬臂梁(3-2)的右侧，压电纤维II(3-4)粘在柔性悬臂梁(3-2)的左侧，驱动头(3-5)设置在柔性悬臂梁(3-2)的端部，驱动头(3-5)与转子(4)弹性接触，驱动转子(4)转动。
如图5所示，通过给压电纤维I(3-3)和压电纤维II(3-4)施加驱动电信号，0-t1缓慢加载阶段，压电纤维I(3-3)和压电纤维II(3-4)缓慢伸长，t1-t2快速卸载阶段，压电纤维I(3-3)和压电纤维II(3-4)快速缩短，基于粘滑运动原理，定子(3)产生的摩擦驱动力，通过驱动头(3-5)传递到转子(4)上，驱动转子(4)转动。
Claims (2)
1.基于压电纤维的粘滑旋转驱动器，其特征在于：由基座(1)、预紧力加载平台(2)、定子(3)、转子(4)组成,其中预紧力加载平台(2)和转子(4)安装在基座(1)上，定子(3)固定在预紧力加载平台(2)上并与转子(4)弹性接触；所述的定子(3)由固定座(3-1)、柔性悬臂梁(3-2)、压电纤维I(3-3)、压电纤维II(3-4)、驱动头(3-5)组成；所述的定子(3)，预紧前呈T形，预紧后，定子(3)呈J形，通过给压电纤维I(3-3)和压电纤维II(3-4)施加驱动电信号，压电纤维I(3-3)和压电纤维II(3-4)缓慢伸长，快速缩短，基于粘滑运动原理，定子(3)产生的摩擦驱动力，通过驱动头(3-5)传递到转子(4)上，驱动转子(4)转动。
2.根据权利要求1所述的基于压电纤维的粘滑旋转驱动器，其特征在于：所述的柔性悬臂梁(3-2)采用厚度为a的薄片式结构，厚度为b的压电纤维I(3-3)粘在柔性悬臂梁(3-2)的右侧，压电纤维II(3-4)粘在柔性悬臂梁(3-2)的左侧，驱动头(3-5)设置在柔性悬臂梁(3-2)的端部，驱动头(3-5)与转子(4)弹性接触，驱动转子(4)转动。
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