CN108398061A - 一种压电液压混合式双通道舵机及作动方法 - Google Patents

Abstract

一种压电液压混合式双通道舵机及作动方法，该舵机由底座、压电陶瓷、上下腔体、橡皮圈、薄膜、压块、带平台的位移输出杆、弹簧与压盖、细轴、舵翼、壳体和顶盖构成；通过压电陶瓷通电伸长并输出的大作动力挤压液体，利用薄膜的形变和弹簧的形变，位移输出杆末端会得到一个放大的直线位移，输出杆作用在其末端连接的细轴及固定在细轴两端的舵翼，从而使得一组两片舵翼绕细轴转动；安装压电陶瓷时可设置一定预压力下，也可通过弹簧调整预压力；本发明利用压电和液压的混合方式驱动，将压电陶瓷输出的微小位移转化为大倍数的角度输出，结构新颖、紧凑，可以微型化，频率范围广、响应速度快，实用性强，尤其适用于微小型制导子弹、炮弹。

Description

一种压电液压混合式双通道舵机及作动方法

技术领域

本发明涉及一种舵机，具体涉及一种压电液压混合式双通道舵机及作动方法。

背景技术

近年来压电驱动装置不断发展，支持了国防、航天、机械制造等重要工业的发展建设，压电装置近几年发展迅速，引起了国内外研究人员的广泛关注，利用压电材料的逆压电效应，具有较高的推重比，易于微型化，能产生直线位移输出，结构简单、响应快、位置和速度控制精度高、无电磁干扰等优点。

随着现代化战争对制导兵器性能要求的提高，具有快速反应与便携、精确打击性能和低成本的制导炮弹是亟待攻克的难题，因此，有必要提出一种灵活性好的舵机控制执行装置。

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压电液压混合式双通道舵机及作动方法，利用液压与压电驱动混合的方式，将压电陶瓷微小的输出位移转化为较大的角度输出。本发明也尤其适用于微小型制导子弹、炮弹对舵机的高精度、高灵活性等要求。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种压电液压混合式双通道舵机，该舵机由底座1，安装于底座1上的下腔体3，安装于底座1上并位于下腔体3内的第一压电陶瓷2-1和第二压电陶瓷2-2，安装于下腔体3上的上腔体5，安装于上腔体5内用于密封液体的橡皮圈4，分别安装于上腔体5的顶部两个孔内的具有弹性的第一薄膜6-1和第二薄膜6-2，安装于上腔体5顶部用于固定的的第一薄膜6-1和第二薄膜6-2的压块7，分别置于第一薄膜6-1和第二薄膜6-2顶部的带平台的第一位移输出杆8-1和第二位移输出杆8-2，压盖10，安装于第一输出杆8-1平台和压盖10之间的第一弹簧9-1、安装于第二输出杆8-2平台和压盖10之间的第二弹簧9-2，壳体12，安装于壳体12内并相互垂直的第一细轴14-1和第二细轴14-2，第一细轴14-1的两末端即壳体12外对称安装的第一舵翼13-1和第二舵翼13-2，第二细轴14-2的两末端即壳体12外对称安装的第三舵翼13-3和第四舵翼13-4构成。

所述下腔体3具体是两个腔体对应两个通道，两个腔体间具有柔性薄板，下方分别连接第一压电陶瓷2-1和第二压电陶瓷2-2，每个压电陶瓷只驱动一个通道，对应一个位移输出杆、一个细轴和一组舵翼；下腔体3上方盛满液体，下方壁上开洞，用来通过给第一压电陶瓷2-1和第二压电陶瓷2-2通电的导线。

所述上腔体5具体是两个腔体和下腔体3的两个腔体对应，并和下腔体3紧密连接，上腔体5和下腔体3所形成的液体腔体，下方腔体截面大，上方腔体截面小；上腔体5内部设有橡皮圈4来保证液体的密封性；上腔体5两个腔体上部分别安装第一弹性薄膜6-1和第二弹性薄膜6-2，并由压块7和压盖10来固定。

为了保证作动的精准性，要求第一细轴14-1和第二细轴14-2的中轴线在一个平面上，于是为了避免二者接触和互相影响，将第二细轴14-2的中心弯折凸起，但并不影响其绕其本身轴心的旋转作动。

第一弹簧9-1安装于第一输出杆8-1的平台与压盖10之间，第二弹簧9-2安装于第二输出杆8-2的平台与压盖10之间，在第一压电陶瓷2-1和第二压电陶瓷2-2不通电伸长时，第一弹簧9-1和第二弹簧9-2提供预紧力，使第一输出杆8-1和第二输出杆8-2各自的平台与压块7接触，此处为初始位置；当第一压电陶瓷2-1或第二压电陶瓷2-2通电伸长后，第一弹簧9-1或者第二弹簧9-2被压缩，提供第一输出杆8-1和第二输出杆8-2运动的空间。

所述的一种压电液压混合式双通道舵机的作动方法，当上腔体5和下腔体3所形成的液体腔体的下方腔体的柔性薄板在其中一个压电陶瓷的力的作用下，如第一压电陶瓷2-1，其内液体被挤压，顶起上腔体5的其中一个对应腔体上端的第一弹性薄膜6-1，第一弹性薄膜6-1被顶起后作用于第一输出杆8-1，同时第一弹簧9-1压缩形变，第一输出杆8-1输出放大位移并作用于与之相连的第一细轴14-1上伸出的小平台15-1上，第一细轴14-1由此绕其自身中心旋转，第一细轴14-1末端置于壳体12外的第一舵翼13-1和第二舵翼13-2由此偏转一个角度；第二细轴14-2绕其自身中心旋转的作动方法同第一细轴14-1。

和现有技术相比，本发明具有如下优点：

1)本发明结构紧凑，便于实现小体积、小质量设计。

2)本发明中，压电陶瓷提供驱动力和初始位移，具有频率范围宽、响应速度快的优点。

3)本发明中，可以通过调节调节预压力。

4)本发明中，舵翼偏转范围更大，并且可以通过调节压通入电陶瓷的电压来改变最终输出的偏转角度。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明直线位移输出结构的爆炸示意图。

图3为本发明舵翼安装示意图(无顶盖)。

图4为本发明舵翼安装示意图(无壳体，无顶盖)。

图5为本发明一个腔体的剖面示意图。

图6为本发明直线位移放大的原理示意图，其中，图6a为压电陶瓷未通电伸长，输出杆处于初始位置示意图，图6b为压电陶瓷通电伸长，输出杆输出放大位移示意图。

图7为本发明舵翼作动的示意图，其中，图7a为第一通道两片舵翼顺时针旋转一个角度的示意图，图7b为第一通道两片舵翼逆时针旋转一个角度的示意图，图7c为第二通道两片舵翼顺时针旋转一个角度的示意图，图7d为第二通道两片舵翼逆时针旋转一个角度的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明一种压电液压混合式双通道舵机，由底座1，安装于底座1上的第一压电陶瓷2-1和第二压电陶瓷2-2，下腔体3，上腔体5，用于密封液体的橡皮圈4，具有弹性的第一薄膜6-1和第二薄膜6-2，压块7，带平台的第一位移输出杆8-1和第二位移输出杆8-2，压盖10，安装于第一输出杆8-1平台和压盖10之间的第一弹簧9-1、安装于第二输出杆8-2平台和压盖10之间的第二弹簧9-2，壳体12，安装于壳体12并相互垂直的第一细轴14-1和第二细轴14-2，第一细轴14-1的两末端即壳体12外对称安装的第一舵翼13-1和第二舵翼13-2，第二细轴14-2的两末端即壳体12外对称安装的第三舵翼13-3和第四舵翼13-4构成；其中，各部分零件之间的安装采用螺钉11固定的方式。

以给第一陶瓷2-1通电伸长为例，具体说明本发明压电液压混合式双通道舵机的作动方法。

如图5、图6所示，第一压电陶瓷2-1未通电伸长，第一输出杆8-1处于初始位置，由第一输出杆8-1的平台和压盖10实现限位，如图6a所示；为了实现一个位移输出，给第一压电陶瓷2-1通电使其输出一个小位移，由于上腔体5和下腔体3所形成的特殊形状的液体腔体，其下方腔体截面大，上方腔体截面小，当下方腔体的柔性薄板在第一压电陶瓷2-1的力的作用下，其内液体被挤压，顶起上腔体5上端的第一弹性薄膜6-1，该第一弹性薄膜6-1被顶起的高度要远大于第一压电陶瓷2-1输出的微米级位移输出，第一弹性薄膜6-1被顶起后作用于第一输出杆8-1，同时输出杆8-1平台与压盖10之间的第一弹簧9-1压缩形变，第一输出杆8-1输出放大位移，如图6b所示。

第一输出杆8-1输出的位移传递到与之相连接的与第一细轴14-1上伸出的小平台15-1上，由此对第一细轴14-1和小平台15-1一个相对于轴心的偏心力，使第一细轴14-1绕自身的轴心旋转，带动其伸出壳体12的末端的对称安装的第一舵翼13-1和第二舵翼13-2偏转一个角度。于是双通道舵机的一个通道的控制就完成了。

第三舵翼13-3和第四舵翼13-4的作用原理可进行类比。

如图7所示，两个通道分别控制两组舵翼作动，在有效角度内不会相互影响，可分别由第一压电陶瓷201和第二压电陶瓷202进行驱动。其中图7a为第一通道两片舵翼顺时针旋转一个角度的示意图，图7b为第一通道两片舵翼逆时针旋转一个角度的示意图，图7c为第二通道两片舵翼顺时针旋转一个角度的示意图，图7d为第二通道两片舵翼逆时针旋转一个角度的示意图。

但需要说明的是，本安装方式只是为了实现作动效果的其中一种方式，而非对实施方式的限定，在上述说明的基础上可以做出其他形式的变化和改进，在这里无法尽述所有安装方式，由此引申的显而易见的变化和等同替换等应处于本申请的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种压电液压混合式双通道舵机，其特征在于：该舵机由底座(1)，安装于底座(1)上的下腔体(3)，安装于底座(1)上并位于下腔体(3)内的第一压电陶瓷(2-1)和第二压电陶瓷(2-2)，安装于下腔体(3)上的上腔体(5)，安装于上腔体(5)内用于密封液体的橡皮圈(4)，分别安装于上腔体(5)的顶部两个孔内的具有弹性的第一薄膜(6-1)和第二薄膜(6-2)，安装于上腔体(5)顶部用于固定的的第一薄膜(6-1)和第二薄膜(6-2)的压块(7)，分别置于第一薄膜(6-1)和第二薄膜(6-2)顶部的带平台的第一位移输出杆(8-1)和第二位移输出杆(8-2)，压盖(10)，安装于第一输出杆(8-1)平台和压盖(10)之间的第一弹簧(9-1)、安装于第二输出杆(8-2)平台和压盖(10)之间的第二弹簧(9-2)，壳体(12)，安装于壳体(12)内并相互垂直的第一细轴(14-1)和第二细轴(14-2)，第一细轴(14-1)的两末端即壳体(12)外对称安装的第一舵翼(13-1)和第二舵翼(13-2)，第二细轴(14-2)的两末端即壳体(12)外对称安装的第三舵翼(13-3)和第四舵翼(13-4)构成。

2.根据权利要求1所述的一种压电液压混合式双通道舵机，其特征在于：所述下腔体(3)具体是两个腔体对应两个通道，两个腔体间具有柔性薄板，下方分别连接第一压电陶瓷(2-1)和第二压电陶瓷(2-2)，每个压电陶瓷只驱动一个通道，对应一个位移输出杆、一个细轴和一组舵翼；下腔体(3)上方盛满液体，下方壁上开洞，用来通过给第一压电陶瓷(2-1)和第二压电陶瓷(2-2)通电的导线。

3.根据权利要求2所述的一种压电液压混合式双通道舵机，其特征在于：所述上腔体(5)具体是两个腔体和下腔体(3)的两个腔体对应，并和下腔体(3)紧密连接，上腔体(5)和下腔体(3)所形成的液体腔体，下方腔体截面大，上方腔体截面小；上腔体(5)内部设有橡皮圈(4)来保证液体的密封性；上腔体(5)两个腔体上部分别安装第一弹性薄膜(6-1)和第二弹性薄膜(6-2)，并由压块(7)和压盖(10)来固定。

4.根据权利要求1所述的一种压电液压混合式双通道舵机，其特征在于：为了保证作动的精准性，要求第一细轴(14-1)和第二细轴(14-2)的中轴线在一个平面上，于是为了避免二者接触和互相影响，将第二细轴(14-2)的中心弯折凸起，但并不影响其绕其本身轴心的旋转作动。

5.根据权利要求1所述的一种压电液压混合式双通道舵机，其特征在于：第一弹簧(9-1)安装于第一输出杆(8-1)的平台与压盖(10)之间，第二弹簧(9-2)安装于第二输出杆(8-2)的平台与压盖(10)之间，在第一压电陶瓷(2-1)和第二压电陶瓷(2-2)不通电伸长时，第一弹簧(9-1)和第二弹簧(9-2)提供预紧力，使第一输出杆(8-1)和第二输出杆(8-2)各自的平台与压块(7)接触，此处为初始位置；当第一压电陶瓷(2-1)或第二压电陶瓷(2-2)通电伸长后，第一弹簧(9-1)或者第二弹簧(9-2)被压缩，提供第一输出杆(8-1)和第二输出杆(8-2)运动的空间。

6.权利要求1至5任一项所述的一种压电液压混合式双通道舵机的作动方法，其特征在于：当上腔体(5)和下腔体(3)所形成的液体腔体的下方腔体的柔性薄板在其中一个压电陶瓷的力的作用下，如第一压电陶瓷(2-1)，其内液体被挤压，顶起上腔体(5)的其中一个对应腔体上端的第一弹性薄膜(6-1)，第一弹性薄膜(6-1)被顶起后作用于第一输出杆(8-1)，同时第一弹簧(9-1)压缩形变，第一输出杆(8-1)输出放大位移并作用于与之相连的第一细轴(14-1)上伸出的小平台(15-1)上，第一细轴(14-1)由此绕其自身中心旋转，第一细轴(14-1)末端置于壳体(12)外的第一舵翼(13-1)和第二舵翼(13-2)由此偏转一个角度；第二细轴(14-2)绕其自身中心旋转的作动方法同第一细轴(14-1)。