CN108023500A - 可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置，属于精密工程技术领域。包括底座、移动平台、定子组件和动子组件等单元，底座与定子组件通过螺栓进行连接，底座与动子组件通过螺钉进行连接，移动平台与动子组件通过螺钉进行连接。压电叠堆在激励电信号的作用下，基于其逆压电效应产生轴向伸长，使驱动足产生侧向位移，驱动移动平台产生精确直线运动，通过改变驱动电压的方向和时序，即可控制移动平台进行往复直线移动或定位。本发明具有结构简单、往返定位精度高以及响应速度快等诸多技术优势。本发明在精密工程技术领域有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及精密工程技术领域，特别涉及一种可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置。
背景技术
近年来，随着科学技术的发展，微纳米技术在生命科学、微电子学、光学、超精密机械及其制造、精密测量、医药卫生、半导体、生物化学、数据存储等诸多学科领域中占据越来越重要的地位。微机械技术、微纳米测量技术、微纳米级的定位和驱动技术已成为当今世界高新技术领域的热门。形式各异的具有精密驱动、精密测量和精密定位功能的新型驱动装置被陆续研制开发出来。已有的驱动装置往往存在结构尺寸偏大、往返定位精度低等缺点；尽管其中也有一些驱动器输出稳定、精度高，但行程小，严重限制了其应用的范围。而压电陶瓷材料具有频率响应高、体积小、位移分辨率高、发热少、无噪声、输出力大、换能效率高、驱动力大、驱动功率低、工作频率宽、不受电磁干扰等诸多优点，因此近年来由此类元件作为精密驱动的微纳米级精密驱动器越来越受到关注。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置，解决了现有技术存在的结构尺寸偏大、往返定位精度低以及行程小等技术问题。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置包括底座1、移动平台2、定子组件3和动子组件4，所述底座1通过定子固定钉3-5与定子组件3紧固连接；所述底座1通过导轨固定钉4-3与动子组件4紧固连接；所述移动平台2通过台面固定钉2-2与动子组件4紧固连接；所述定子组件3通过驱动足一3-1-1-1和驱动足二3-1-2-1与动子组件4接触配合。
所述的底座1是：固定导轨支撑面1-1设置于底座1的两侧端部，固定导轨支撑面1-1上设置有导轨固定内螺纹孔1-1-1；活动导轨活动面1-2设置于底座1的两侧端部，并靠近固定导轨支撑面1-1的内侧，其高度低于固定导轨支撑面1-1的高度，防止活动导轨活动面1-2与活动导轨4-2发生干涉；定子组件支撑柱1-3设置于底座1的上表面中部，定子组件支撑柱1-3的中部设置有定子固定内螺纹孔1-3-1。
所述的移动平台2是：台面2-1上表面两侧边缘均匀设置有沉头通孔一2-1-1，所述台面2-1的侧壁的两侧边缘设置有导轨容纳孔2-1-2，便于在移动平台2移动时固定导轨4-1的进出，防止移动平台2与固定导轨4-1发生干涉；所述移动平台2的上表面均匀设置有M行N列的内螺纹孔2-1-3，所述M、N均为大于等于1的正整数。
所述的定子组件3是：定子3-1设置有驱动铰链一3-1-1、驱动铰链二3-1-2和定子支架3-1-3；所述驱动铰链一3-1-1的前端的横梁一3-1-1-5的中心位置设置有驱动足一3-1-1-1；所述驱动铰链一3-1-1一侧的刚性梁一3-1-1-4两端设置有柔性铰链一3-1-1-2，所述驱动铰链一3-1-1另一侧的刚性梁一3-1-1-4两端设置有柔性铰链二3-1-1-3，柔性铰链二3-1-1-3与柔性铰链一3-1-1-2的厚度之比的取值范围为0.1～0.9；刚性梁一3-1-1-4与横梁一3-1-1-5的厚度之比的取值范围为0.1～1；所述驱动铰链一3-1-1设置有压电叠堆安装槽一3-1-1-6，驱动铰链二3-1-2的前端的横梁二3-1-2-5的中心位置设置有驱动足二3-1-2-1，驱动铰链二3-1-2一侧的刚性梁二3-1-2-4两端设置有柔性铰链三3-1-2-2，驱动铰链二3-1-2另一侧的刚性梁二3-1-2-4两端设置有柔性铰链四3-1-2-3，柔性铰链四3-1-2-3与柔性铰链三3-1-2-2的厚度之比的取值范围为0.1～0.9；刚性梁二3-1-2-4与横梁二3-1-2-5的厚度之比的取值范围为0.1～1；所述驱动铰链二3-1-2设置有压电叠堆安装槽二3-1-2-6；定子支架3-1-3的两端设置有通孔3-1-3-1；所述定子支架3-1-3的两横梁侧壁中部设置有预紧螺钉旋合孔3-1-3-2；压电叠堆3-2安放于压电叠堆安装槽一3-1-1-6和压电叠堆安装槽二3-1-2-6内，在通电后基于压电元件的逆压电效应，压电叠堆3-2会激励定子3-1产生形变，并使驱动足一3-1-1-1和驱动足二3-1-2-1产生侧向位移，进而激励动子组件4使活动导轨4-2带动移动平2进行移动；垫片3-3的一侧端面与压电叠堆3-2接触配合，另一侧端面与压电叠堆安装槽一3-1-1-6或压电叠堆安装槽二3-1-2-6接触配合，对压电叠堆3-2进行初步预紧，并可有效的防止压电叠堆3-2产生切应变或受力不均。
所述的动子组件4包括固定导轨4-1、活动导轨4-2、导轨固定钉4-3、导轨限位螺栓4-4和导轨保持架4-5；所述固定导轨4-1的上侧端面设有沉头通孔二4-1-1，固定导轨4-1的两侧端面设有限位螺纹孔一4-1-2；所述活动导轨4-2的上侧端面设有内螺纹孔4-2-1，活动导轨4-2的两侧端面设有限位螺纹孔二4-2-2；所述导轨固定钉4-3与固定导轨4-1的沉头通孔二4-1-1配合，并与导轨固定内螺纹孔1-1-1旋合连接；所述导轨限位螺栓4-4与限位螺纹孔一4-1-2和限位螺纹孔二4-2-2旋合连接，实现对固定导轨4-1和活动导轨4-2位置的限定，并避免导轨保持架4-5和滚子滑出导轨；所述导轨保持架4-5和滚子为动子组件4的滑动提供支撑。
所述的驱动足一3-1-1-1、驱动足二3-1-2-1的横截面形状可为半圆形、抛物线形、类L型等。
所述的柔性铰链一3-1-1-2、柔性铰链二3-1-1-3、柔性铰链三3-1-2-2、柔性铰链四3-1-2-3可为直圆型铰链、椭圆型铰链、双曲线型铰链、抛物线型铰链或直角型铰链等。
所述的垫片3-3由钨钢、45号钢制成。
本发明的有益效果在于：本发明主要采用压电叠堆做为动力来源，当对压电叠堆通以激励电信号时基于压电叠堆的逆压电效应，压电叠堆会产生轴向的伸长，由于定子的结构特征，导致刚性梁一和刚性梁二两侧的轴向刚度不同，因此使驱动足一和驱动足二产生侧向位移，进而驱动活动导轨带动移动台面进行往复移动。由于压电陶瓷材料具有频率响应高、体积小、位移分辨率高、发热少、无噪声、输出力大、换能效率高、驱动力大、驱动功率低、工作频率宽、不受电磁干扰等诸多优点。且可有效的解决已有驱动装置存在的结构尺寸偏大、往返定位精度低以及行程小等技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的底座的结构示意图；
图3为本发明的移动平台的结构示意图；
图4为本发明的定子组件的结构示意图；
图5为本发明的定子的结构示意图；
图6为本发明的定子的俯视图；
图7为本发明的压电叠堆的结构示意图；
图8为本发明的垫片的结构示意图；
图9为本发明的动子组件的结构示意图；
图10为本发明的工作流程示意图；
图11为本发明的定子受压电叠堆驱动时驱动足产生正向位移的示意图；
图12为本发明的定子受压电叠堆驱动时驱动足产生逆向位移的示意图；
图13为本发明的定子受压电叠堆驱动时驱动足产生位移抵消时的示意图。
图中：1、底座；1-1、固定导轨支撑面；1-2、活动导轨活动面；1-3定子组件支撑柱；1-1-1、导轨固定内螺纹孔；1-3-1、定子固定内螺纹孔；2、移动平台；2-1、台面；2-1-1、沉头通孔一；2-1-2、导轨容纳孔；2-1-3、内螺纹孔；2-2、台面固定钉；3、定子组件；3-1、定子；3-1-1、驱动铰链一；3-1-2、驱动铰链二；3-1-3、定子支架；3-1-1-1、驱动足一；3-1-1-2、柔性铰链一；3-1-1-3、柔性铰链二；3-1-1-4、刚性梁一；3-1-1-5、横梁一；3-1-1-6、压电叠堆安装槽一；3-1-2-1驱动足二；3-1-2-2、柔性铰链三；3-1-2-3、柔性铰链四；3-1-2-4、刚性梁二；3-1-2-5、横梁二；3-1-2-6、压电叠堆安装槽二；3-1-3-1、通孔；3-1-3-2、预紧螺钉旋合孔；3-2、压电叠堆；3-3、垫片；3-4、预紧螺钉；3-5、定子固定钉；4、动子组件；4-1、固定导轨；4-1-1、沉头通孔二；4-1-2、限位螺纹孔一；4-2、活动导轨；4-2-1、内螺纹孔；4-2-2、限位螺纹孔二；4-3、导轨固定钉；4-4、导轨限位螺栓；4-5、导轨保持架。
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。
参见图1至图13所示，本发明的可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置，包括底座1、移动平台2、定子组件3和动子组件4，所述底座1通过定子固定钉3-5与定子组件3紧固连接；所述底座1通过导轨固定钉4-3与动子组件4紧固连接；所述移动平台2通过台面固定钉2-2与动子组件4紧固连接；所述定子组件3通过驱动足一3-1-1-1和驱动足二3-1-2-1与动子组件4接触配合。
参见图2所示，本发明所述的底座1是：固定导轨支撑面1-1设置于底座1的两侧端部，固定导轨支撑面1-1上设置有导轨固定内螺纹孔1-1-1；活动导轨活动面1-2设置于底座1的两侧端部，并靠近固定导轨支撑面1-1的内侧，其高度略低于固定导轨支撑面1-1的高度，防止活动导轨活动面1-2与活动导轨4-2发生干涉；定子组件支撑柱1-3设置于底座1的上表面中部，定子组件支撑柱1-3的中部设置有定子固定内螺纹孔1-3-1。
参见图3所示，本发明所述的移动平台2是：台面2-1上表面两侧边缘均匀设置有沉头通孔一2-1-1，所述台面2-1的侧壁的两侧边缘设置有导轨容纳孔2-1-2，便于在移动平台2移动时固定导轨4-1的进出，防止移动平台2与固定导轨4-1发生干涉；所述移动平台2的上表面均匀设置有M行N列的内螺纹孔2-1-3，所述M、N均为大于等于1的正整数。
参见图4至图8所示，本发明所述的定子组件3是：定子3-1设置有驱动铰链一3-1-1、驱动铰链二3-1-2和定子支架3-1-3；所述驱动铰链一3-1-1的前端的横梁一3-1-1-5的中心位置设置有驱动足一3-1-1-1，所述驱动足一3-1-1-1的横截面形状可为半圆形、抛物线形、类L型等；所述驱动铰链一3-1-1一侧的刚性梁一3-1-1-4两端设置有柔性铰链一3-1-1-2，柔性铰链一3-1-1-2的厚度为d3；所述驱动铰链一3-1-1另一侧的刚性梁一3-1-1-4两端设置有柔性铰链二3-1-1-3，柔性铰链二3-1-1-3的厚度为d4，d4/d3的取值范围为0.1～0.9；柔性铰链一3-1-1-2和柔性铰链二3-1-1-3可为直圆型铰链、椭圆型铰链、双曲线型铰链、抛物线型铰链或直角型铰链等；所述驱动铰链一3-1-1两侧的刚性梁一3-1-1-4的厚度为d2；所述驱动铰链一3-1-1前端设置的横梁一3-1-1-5的厚度为d1，d2/d1的取值范围为0.1～1；所述驱动铰链一3-1-1设置有压电叠堆安装槽一3-1-1-6，驱动铰链二3-1-2的前端的横梁二3-1-2-5的中心位置设置有驱动足二3-1-2-1，所述驱动足二3-1-2-1的横截面形状可为半圆形、抛物线形、类L型等；驱动铰链二3-1-2一侧的刚性梁二3-1-2-4两端设置有柔性铰链三3-1-2-2，柔性铰链三3-1-2-2的厚度为d3；驱动铰链二3-1-2另一侧的刚性梁二3-1-2-4两端设置有柔性铰链四3-1-2-3，柔性铰链四3-1-2-3的厚度为d4；d4/d3的取值范围为0.1～0.9；柔性铰链三3-1-2-2和柔性铰链四3-1-2-3可为直圆型铰链、椭圆型铰链、双曲线型铰链、抛物线型铰链或直角型铰链等；所述驱动铰链二3-1-2两侧设置有刚性梁二3-1-2-4，其厚度为d2；所述驱动铰链二3-1-2前端设置有横梁二3-1-2-5，其厚度为d1，其中d2/d1的取值范围为0.1～1；所述驱动铰链二3-1-2设置有压电叠堆安装槽二3-1-2-6；定子支架3-1-3的两端设置有通孔3-1-3-1；所述定子支架3-1-3的两横梁侧壁中部设置有预紧螺钉旋合孔3-1-3-2；压电叠堆3-2安放于压电叠堆安装槽一3-1-1-6和压电叠堆安装槽二3-1-2-6内，在通电后基于压电元件的逆压电效应，压电叠堆3-2会激励定子3-1产生形变，并使驱动足一3-1-1-1和驱动足二3-1-2-1产生侧向位移，进而激励动子组件4使活动导轨4-2带动移动平2进行移动；垫片3-3的一侧端面与压电叠堆3-2接触配合，另一侧端面与压电叠堆安装槽一3-1-1-6或压电叠堆安装槽二3-1-2-6接触配合，对压电叠堆3-2进行初步预紧，并可有效的防止压电叠堆3-2产生切应变或受力不均，所述垫片3-3可由钨钢、45号钢等材料制成。
参见图9所示，本发明所述的动子组件4包括固定导轨4-1、活动导轨4-2、导轨固定钉4-3、导轨限位螺栓4-4和导轨保持架4-5；所述固定导轨4-1的上侧端面设有沉头通孔二4-1-1，固定导轨4-1的两侧端面设有限位螺纹孔一4-1-2；所述活动导轨4-2的上侧端面设有内螺纹孔4-2-1，活动导轨4-2的两侧端面设有限位螺纹孔二4-2-2；所述导轨固定钉4-3与固定导轨4-1的沉头通孔二4-1-1配合，并与导轨固定内螺纹孔1-1-1旋合连接；所述导轨限位螺栓4-4与限位螺纹孔一4-1-2和限位螺纹孔二4-2-2旋合连接，实现对固定导轨4-1和活动导轨4-2位置的限定，并避免导轨保持架4-5和滚子滑出导轨；所述导轨保持架4-5和滚子为动子组件4的滑动提供支撑。
本发明中对于压电叠堆，若忽略其迟滞、蠕变等相关影响，其伸长量可用以下公式表示：
xpzt＝nd33Vpzt
其中，xpzt表示压电叠堆的伸长量，n表示压电叠堆的层数，d33表示压电常数，Vpzt表示压电叠堆两端的电压。
本发明中所述的定子在每个运动周期内的实际步进距离如下所示：
△L＝L-L0
其中，L表示定子运动产生的距离，L0表示定子由于位移回退产生的距离，△L表示定子实际运动的距离。
本发明中所述的移动台面的运动速度可以用以下公式表示：
V＝f×△L
其中，V代表移动台面的运动速度，f代表驱动频率，△L表示定子实际运动的距离。
实施例：
参见图1至图13所示，本发明的可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置，底座1、移动平台2、定子组件3和动子组件4。底座1与定子组件3通过螺栓进行连接，底座1与动子组件4通过螺钉进行连接，移动平台2与动子组件4通过螺钉进行连接。压电叠堆在激励电信号的作用下，基于其逆压电效应产生轴向伸长，使驱动足产生侧向位移，驱动移动平台2产生精确直线运动，通过改变驱动电压的方向和时序，即可控制移动平台2进行往复直线移动或定位。本发明具有结构简单、往返定位精度高以及响应速度快等诸多技术优势。本发明在精密工程技术领域有广泛的应用前景。
所述的底座1包括固定导轨支撑面1-1、活动导轨活动面1-2和定子组件支撑柱1-3；所述固定导轨支撑面1-1设置于底座1的两侧端部；所述固定导轨支撑面1-1上设置有导轨固定内螺纹孔1-1-1，其用于与导轨固定钉4-3旋合连接，实现固定导轨4-1与底座1的紧固连接；所述活动导轨活动面1-2设置于底座1的两侧端部，并靠近固定导轨支撑面1-1的内侧，其高度略低于固定导轨支撑面1-1的高度，防止活动导轨活动面1-2与活动导轨4-2发生干涉；所述定子组件支撑柱1-3设置于底座1的上表面中部，其用于支撑定子组件3；所述定子组件支撑柱1-3的中部设置有定子固定内螺纹孔1-3-1，其用于与定子固定钉3-5旋合连接，实现定子组件3与底座1的紧固连接。
所述移动平台2包括台面2-1和台面固定钉2-2；所述台面2-1上表面两侧边缘均匀设置有沉头通孔一2-1-1，其用于与台面固定钉2-2配合，实现移动平台2与活动导轨4-2的紧固连接；所述台面2-1的侧壁的两侧边缘设置有导轨容纳孔2-1-2，其便于在移动平台2移动时固定导轨4-1的进出，防止移动平台2与固定导轨4-1发生干涉；所述移动平台2的上表面均匀设置有M行N列的内螺纹孔2-1-3，其用于与其他元件配合连接，实现其他元件与移动平台2的紧固连接，以便移动平台2对其他元件的运输移动，M、N均为大于等于1的正整数，本具体实施方式中M＝3，N＝7；所述移动平台2包含的台面固定钉2-2，其用于与沉头通孔一2-1-1配合，并与活动导轨4-2上设置的内螺纹孔4-2-1旋合连接，实现活动导轨4-2与移动平台2的紧固连接。
所述定子组件3包括定子3-1、压电叠堆3-2、垫片3-3、预紧螺钉3-4和定子固定钉3-5。
所述定子3-1设置有驱动铰链一3-1-1、驱动铰链二3-1-2和定子支架3-1-3；所述驱动铰链一3-1-1的前端的横梁一3-1-1-5的中心位置设置有驱动足一3-1-1-1，其用于与活动导轨4-2的侧壁接触配合，实现对活动导轨4-2的驱动，所述驱动足一3-1-1-1的横截面形状可为半圆形、抛物线形、类L型等，本具体实施方式中驱动足一3-1-1-1的横截面形状为半圆形，其半径为R1，R1为大于1的数，本具体实施方式中R1＝1.6mm；所述驱动铰链一3-1-1一侧的刚性梁一3-1-1-4两端设置有柔性铰链一3-1-1-2，柔性铰链一3-1-1-2的厚度为d3；所述驱动铰链一3-1-1另一侧的刚性梁一3-1-1-4两端设置有柔性铰链二3-1-1-3，柔性铰链二3-1-1-3的厚度为d4；其中d4/d3的取值范围为0.1～0.9，本具体实施方式中d4/d3的取值为0.5，所述柔性铰链一3-1-1-2和柔性铰链二3-1-1-3可为直圆型铰链、椭圆型铰链、双曲线型铰链、抛物线型铰链和直角型铰链，本具体实施方式中柔性铰链一3-1-1-2和柔性铰链二3-1-1-3为直圆型铰链；所述驱动铰链一3-1-1两侧设置有刚性梁一3-1-1-4，其厚度为d2；所述驱动铰链一3-1-1前端设置有横梁一3-1-1-5，其厚度为d1，其中d2/d1的取值范围为0.1～1，本具体实施方式中d2/d1的取值为1；所述驱动铰链一3-1-1设置有压电叠堆安装槽一3-1-1-6，其用于与压电叠堆3-2配合连接，实现对压电叠堆3-2位置的限定；所述驱动铰链二3-1-2的前端的横梁二3-1-2-5的中心位置设置有驱动足二3-1-2-1，其用于与活动导轨4-2的侧壁接触配合，实现对活动导轨4-2的驱动，所述驱动足二3-1-2-1的横截面形状可为半圆形、抛物线形、类L型等，本具体实施方式中驱动足二3-1-2-1的横截面形状为半圆形，其半径为R1，R1为大于1的数，本具体实施方式中R1＝1.6mm；所述驱动铰链二3-1-2一侧的刚性梁二3-1-2-4两端设置有柔性铰链Ⅲ3-1-2-2，柔性铰链Ⅲ3-1-2-2的厚度为d3；所述驱动铰链二3-1-2另一侧的刚性梁二3-1-2-4两端设置有柔性铰链Ⅳ3-1-2-3，柔性铰链Ⅳ3-1-2-3的厚度为d4；其中d4/d3的取值范围为0.1～0.9，本具体实施方式中d4/d3的取值为0.5，所述柔性铰链Ⅲ3-1-2-2和柔性铰链Ⅳ3-1-2-3可为直圆型铰链、椭圆型铰链、双曲线型铰链、抛物线型铰链和直角型铰链，本具体实施方式中柔性铰链Ⅲ3-1-2-2和柔性铰链Ⅳ3-1-2-3为直圆型铰链；所述驱动铰链二3-1-2两侧设置有刚性梁二3-1-2-4，其厚度为d2；所述驱动铰链二3-1-2前端设置有横梁二3-1-2-5，其厚度为d1，其中d2/d1的取值范围为0.1～1，本具体实施方式中d2/d1的取值为1；所述驱动铰链二3-1-2设置有压电叠堆安装槽二3-1-2-6，其用于与压电叠堆3-2配合连接，实现对压电叠堆3-2位置的限定；所述定子支架3-1-3的两端设置有通孔3-1-3-1，其用于与定子固定钉3-5配合，实现定子组件3与底座1的紧固连接；所述定子支架3-1-3的两横梁侧壁中部设置有预紧螺钉旋合孔3-1-3-2，其用于与预紧螺钉3-4旋合连接，实现对压电叠堆3-2的预紧。
所述压电叠堆3-2安放于压电叠堆安装槽一3-1-1-6和压电叠堆安装槽二3-1-2-6内，其在通电后基于压电元件的逆压电效应，压电叠堆3-2会激励定子3-1产生形变，并使驱动足一3-1-1-1和驱动足二3-1-2-1产生侧向位移，进而激励动子组件4使活动导轨4-2带动移动平台2进行移动，本具体实施方式中压电叠堆3-2采用的是美国THORLABS公司的AE0505D16F型号的压电叠堆。
所述垫片3-3的一侧端面与压电叠堆3-2接触配合，另一侧端面与压电叠堆安装槽一3-1-1-6或压电叠堆安装槽二3-1-2-6接触配合，实现对压电叠堆3-2的初步预紧，并可有效的防止压电叠堆3-2产生切应变或受力不均，所述垫片3-3可由钨钢、45号钢等材料制成，本具体实施方式中的垫片3-3由钨钢制成。
所述预紧螺钉3-4，其用于与预紧螺钉旋合孔3-1-3-2旋合连接，实现对压电叠堆3-2的进一步预紧。
所述定子固定钉3-5，其用于与通孔3-1-3-1配合，并与定子固定内螺纹孔1-3-1旋合连接，实现定子组件3与底座1的紧固连接。
所述动子组件4包括固定导轨4-1、活动导轨4-2、导轨固定钉4-3、导轨限位螺栓4-4和导轨保持架4-5。
所述固定导轨4-1的上侧端面设有沉头通孔二4-1-1，其用于与导轨固定钉4-3配合；所述固定导轨4-1的两侧端面设有限位螺纹孔一4-1-2，其用于与导轨限位螺栓4-4旋合连接，实现对固定导轨4-1位置的限定。
所述活动导轨4-2的上侧端面设有内螺纹孔4-2-1，其用于与台面固定钉2-2旋合连接，实现移动平台2与活动导轨4-2的紧固连接；所述活动导轨4-2的两侧端面设有限位螺纹孔二4-2-2，其用于与导轨限位螺栓4-4旋合连接，实现对活动导轨4-2位置的限定。
所述导轨固定钉4-3，其用于与固定导轨4-1所设的沉头通孔二4-1-1配合，并与导轨固定内螺纹孔1-1-1旋合连接，实现底座1与固定导轨4-1的紧固连接。
所述导轨限位螺栓4-4，其用于与限位螺纹孔一4-1-2和限位螺纹孔二4-2-2旋合连接，实现对固定导轨4-1和活动导轨4-2位置的限定，并避免导轨保持架4-5和滚子滑出导轨。
所述导轨保持架4-5和滚子为动子组件4的滑动提供支撑。
工作原理：所述的一种可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置，其工作过程大致分为三个阶段：正向运动阶段，反向运动阶段和定位静止阶段；正向运动阶段就是指当位于驱动铰链一3-1-1内的压电叠堆3-2通以激励电信号，压电叠堆3-2基于其逆压电效应产生轴向的伸长，由于柔性铰链一3-1-1-2和柔性铰链二3-1-1-3的存在，使驱动铰链一3-1-1两侧的刚性梁一3-1-1-4的轴向刚度存在差异，导致驱动足一3-1-1-1产生侧向位移，进而增大驱动足一3-1-1-1与活动导轨4-2的正压力，并驱动活动导轨4-2带动移动平台2进行正向运动；反向运动阶段就是指当位于驱动铰链二3-1-2内的压电叠堆3-2通以激励电信号，压电叠堆3-2基于其逆压电效应产生轴向的伸长，由于柔性铰链Ⅲ3-1-2-2和柔性铰链Ⅳ3-1-2-3的存在，使驱动铰链二3-1-2两侧刚性梁二3-1-2-4的轴向刚度存在差异，导致驱动足二3-1-2-1产生侧向位移，进而增大驱动足二3-1-2-1与活动导轨4-2的正压力，并驱动活动导轨4-2带动移动平台2进行反向运动；对位于驱动铰链一3-1-1和驱动铰链二3-1-2内的压电叠堆3-2交替的通以激励电信号，便会实现移动平台2的往复运动；定位静止阶段就是指当位于驱动铰链一3-1-1和驱动铰链二3-1-2内的压电叠堆3-2同时通以激励电信号时，由于柔性铰链一3-1-1-2和柔性铰链Ⅲ3-1-2-2的厚度相同，柔性铰链二3-1-1-3和柔性铰链Ⅳ3-1-2-3的厚度相同，因此导致驱动足一3-1-1-1与驱动足二3-1-2-1产生的侧向位移大小相同，但是方向相反，因此可以实现对移动平台2为位置与运动状态的限制，进而实现移动平台2的定位于静止。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置，其特征在于：包括底座(1)、移动平台(2)、定子组件(3)和动子组件(4)，所述底座(1) 通过定子固定钉(3-5)与定子组件(3)紧固连接；所述底座(1) 通过导轨固定钉(4-3)与动子组件(4)紧固连接；所述移动平台(2) 通过台面固定钉(2-2)与动子组件(4)紧固连接；所述定子组件(3) 通过驱动足一(3-1-1-1)和驱动足二(3-1-2-1)与动子组件(4)接触配合。
2.根据权利要求1所述的可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置，其特征在于：所述的底座(1)是：固定导轨支撑面(1-1)设置于底座(1)的两侧端部，固定导轨支撑面(1-1)上设置有导轨固定内螺纹孔(1-1-1)；活动导轨活动面(1-2)设置于底座(1)的两侧端部，并靠近固定导轨支撑面(1-1)的内侧，其高度低于固定导轨支撑面(1-1)的高度，防止活动导轨活动面(1-2)与活动导轨(4-2)发生干涉；定子组件支撑柱(1-3)设置于底座(1)的上表面中部，定子组件支撑柱(1-3)的中部设置有定子固定内螺纹孔(1-3-1)。
3.根据权利要求1所述的可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置，其特征在于：所述的移动平台(2)是：台面(2-1)上表面两侧边缘均匀设置有沉头通孔一(2-1-1)，所述台面(2-1)的侧壁的两侧边缘设置有导轨容纳孔(2-1-2)，便于在移动平台(2)移动时固定导轨(4-1)的进出，防止移动平台(2)与固定导轨(4-1)发生干涉；所述移动平台(2)的上表面均匀设置有M行N列的内螺纹孔(2-1-3)，所述M、N均为大于等于1的正整数。
4.根据权利要求1所述的可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置，其特征在于：所述的定子组件(3)是：定子(3-1)设置有驱动铰链一(3-1-1)、驱动铰链二(3-1-2)和定子支架(3-1-3)；所述驱动铰链一(3-1-1)的前端的横梁一(3-1-1-5)的中心位置设置有驱动足一(3-1-1-1)；所述驱动铰链一(3-1-1)一侧的刚性梁一(3-1-1-4)两端设置有柔性铰链一(3-1-1-2)，所述驱动铰链一(3-1-1)另一侧的刚性梁一(3-1-1-4)两端设置有柔性铰链二(3-1-1-3)，柔性铰链二(3-1-1-3)与柔性铰链一(3-1-1-2)的厚度之比的取值范围为0.1~0.9；刚性梁一(3-1-1-4)与横梁一(3-1-1-5)的厚度之比的取值范围为0.1~1；所述驱动铰链一(3-1-1)设置有压电叠堆安装槽一(3-1-1-6)，驱动铰链二(3-1-2)的前端的横梁二(3-1-2-5)的中心位置设置有驱动足二(3-1-2-1)，驱动铰链二(3-1-2)一侧的刚性梁二(3-1-2-4)两端设置有柔性铰链三(3-1-2-2)，驱动铰链二(3-1-2)另一侧的刚性梁二(3-1-2-4)两端设置有柔性铰链四(3-1-2-3)，柔性铰链四(3-1-2-3)与柔性铰链三(3-1-2-2)的厚度之比的取值范围为0.1~0.9；刚性梁二(3-1-2-4)与横梁二(3-1-2-5)的厚度之比的取值范围为0.1~1；所述驱动铰链二(3-1-2)设置有压电叠堆安装槽二(3-1-2-6)；定子支架(3-1-3)的两端设置有通孔(3-1-3-1)；所述定子支架(3-1-3)的两横梁侧壁中部设置有预紧螺钉旋合孔(3-1-3-2)；压电叠堆(3-2)安放于压电叠堆安装槽一(3-1-1-6)和压电叠堆安装槽二(3-1-2-6)内，在通电后基于压电元件的逆压电效应，压电叠堆(3-2)会激励定子(3-1)产生形变，并使驱动足一(3-1-1-1)和驱动足二(3-1-2-1)产生侧向位移，进而激励动子组件(4)使活动导轨(4-2)带动移动平(2)进行移动；垫片(3-3)的一侧端面与压电叠堆(3-2)接触配合，另一侧端面与压电叠堆安装槽一(3-1-1-6)或压电叠堆安装槽二(3-1-2-6)接触配合，对压电叠堆(3-2)进行初步预紧，并可有效的防止压电叠堆(3-2)产生切应变或受力不均。
5.根据权利要求1所述的可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置，其特征在于：所述的动子组件(4)包括固定导轨(4-1)、活动导轨(4-2)、导轨固定钉(4-3)、导轨限位螺栓(4-4)和导轨保持架(4-5)；所述固定导轨(4-1)的上侧端面设有沉头通孔二(4-1-1)，固定导轨(4-1)的两侧端面设有限位螺纹孔一(4-1-2)；所述活动导轨(4-2)的上侧端面设有内螺纹孔(4-2-1)，活动导轨(4-2)的两侧端面设有限位螺纹孔二(4-2-2)；所述导轨固定钉(4-3)与固定导轨(4-1)的沉头通孔二(4-1-1)配合，并与导轨固定内螺纹孔(1-1-1)旋合连接；所述导轨限位螺栓(4-4)与限位螺纹孔一(4-1-2)和限位螺纹孔二(4-2-2)旋合连接，实现对固定导轨(4-1)和活动导轨(4-2)位置的限定，并避免导轨保持架(4-5)和滚子滑出导轨；所述导轨保持架(4-5)和滚子为动子组件(4)的滑动提供支撑。
6.根据权利要求4所述的可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置，其特征在于：所述的驱动足一(3-1-1-1)、驱动足二(3-1-2-1)的横截面形状为半圆形、抛物线形、L型。
7.根据权利要求4所述的可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置，其特征在于：所述的柔性铰链一(3-1-1-2)、柔性铰链二(3-1-1-3)、柔性铰链三(3-1-2-2)、柔性铰链四(3-1-2-3)为直圆型铰链、椭圆型铰链、双曲线型铰链、抛物线型铰链或直角型铰链。
8.根据权利要求4所述的可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置，其特征在于：所述的垫片(3-3)由钨钢或45号钢制成。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108696179A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-10-23 | 吉林大学 | 辅助增压型压电粘滑直线电机及其激励方法 |
| CN109818524A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-05-28 | 吉林大学 | 基于鸟翼形仿生柔性机构的压电精密驱动装置及方法 |
| CN112271953A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-01-26 | 浙江工业职业技术学院 | 一种尺蠖粘滑混合驱动式压电直线驱动器及安装工艺 |
| CN115954043A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-04-11 | 山东大学 | 一种非对称差分式微纳直线运动平台及工作方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203251240U (zh) * | 2013-05-13 | 2013-10-23 | 吉林大学 | 正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台 |
| CN104753391A (zh) * | 2015-03-06 | 2015-07-01 | 吉林大学 | 压电驱动/锁紧式往复步进驱动平台及方法 |
| CN105827140A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-08-03 | 长春工业大学 | 斜槽式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 |
| CN105897044A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-08-24 | 长春工业大学 | 斜楔式菱形放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法 |
| CN205544999U (zh) * | 2016-03-30 | 2016-08-31 | 南京航空航天大学 | 基于杠杆放大的交替步进压电直线电机 |
| CN207677649U (zh) * | 2017-12-05 | 2018-07-31 | 吉林大学 | 可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置 |
-
2017
- 2017-12-05 CN CN201711267990.5A patent/CN108023500B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203251240U (zh) * | 2013-05-13 | 2013-10-23 | 吉林大学 | 正压力可调的微纳米级粘滑惯性驱动平台 |
| CN104753391A (zh) * | 2015-03-06 | 2015-07-01 | 吉林大学 | 压电驱动/锁紧式往复步进驱动平台及方法 |
| CN205544999U (zh) * | 2016-03-30 | 2016-08-31 | 南京航空航天大学 | 基于杠杆放大的交替步进压电直线电机 |
| CN105827140A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-08-03 | 长春工业大学 | 斜槽式精密压电粘滑直线马达及其驱动方法 |
| CN105897044A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-08-24 | 长春工业大学 | 斜楔式菱形放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法 |
| CN207677649U (zh) * | 2017-12-05 | 2018-07-31 | 吉林大学 | 可输出正反向双向运动的压电型精密直线驱动装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108696179A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-10-23 | 吉林大学 | 辅助增压型压电粘滑直线电机及其激励方法 |
| CN108696179B (zh) * | 2018-05-21 | 2023-10-20 | 吉林大学 | 辅助增压型压电粘滑直线电机及其激励方法 |
| CN109818524A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-05-28 | 吉林大学 | 基于鸟翼形仿生柔性机构的压电精密驱动装置及方法 |
| CN109818524B (zh) * | 2019-03-22 | 2023-10-20 | 吉林大学 | 基于鸟翼形仿生柔性机构的压电精密驱动装置及方法 |
| CN112271953A (zh) * | 2020-10-30 | 2021-01-26 | 浙江工业职业技术学院 | 一种尺蠖粘滑混合驱动式压电直线驱动器及安装工艺 |
| CN115954043A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-04-11 | 山东大学 | 一种非对称差分式微纳直线运动平台及工作方法 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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