CN109150003A - 一种磁流变电磁耦合调摩擦的悬臂式压电直线驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁流变电磁耦合调摩擦的悬臂式压电直线驱动器，属于压电精密驱动技术领域。运动体中部固接长夹持块，长夹持块上有两个压电振子，由短夹持块与螺钉固定连接，底部固定安装摩擦盘，摩擦盘浸于磁流变液中；运动体两侧为直线导轨，直线导轨固定安装在两侧板上，侧板固定安装在底座上，底座上放置带有导磁外壳的电磁线圈，中部带有密封片与密封条密封形成放置磁流变液的容腔。优点是：利用磁流变液与电磁线圈耦合实现驱动器的摩擦力调整，减少了传统意义上的摩擦磨损，提高了驱动器的精度与寿命。
Description
技术领域
本发明属于微小、精密驱动领域。
背景技术
近年来，随着微纳米驱动技术的飞速发展，在生物医学、精密机械、仿生机器人、自动控制、精密测量，精密操作、精密器件、超精密加工等技术领域对微小型机械的驱动要求逐年增加。微纳米级别的驱动技术作为探索微观领域的核心技术，已经成为国内外科研机构、学者的研究热点。传统的精密机械驱动方式一般采用机械结构式，比如精密车床中的丝杆副以及滚动、滑动导轨、精密螺旋楔块机构等，即便是超高精度的机械结构，还是无法避免存在装配间隙、摩擦磨损、爬行等现象，因此传统机械结构式驱动器难以提升精度水平，在这种形式下，发展出了很多新型的驱动方式，如静电吸引式、电磁吸引式、磁致伸缩式、形状记忆合金式和压电式等。压电陶瓷是一种广泛应用在精密驱动领域的智能材料，其具有低能耗、无电磁干扰、响应速度快等优点，以压电材料为驱动元件的驱动器成为近年来精密驱动领域的一个重要分支。
近年来压电精密驱动装置得到广泛研究与应用。压电驱动器根据驱动原理可以分为：直动式压电驱动器、尺蠖式压电驱动器、超声式压电驱动器与惯性式压电驱动器。惯性压电驱动器是将惯性质量块与压电元件共同作用产生的惯性冲击力作为驱动力的驱动装置，其机械结构简单，运动速度较快，形成的驱动运动方式易于控制，而且可以获得大行程的连续运动，可以稳定工作在高频状态，一直是国内外研究的热点。
目前所研制的惯性压电驱动器的工作机理多数是通过电控或者改变机械结构或得力差驱动运动，少数为利用摩擦力控制方式获得力差驱动运动，早期的研究工作主要是通过电信号产生不同的惯性冲击力使机构运动；随着研究工作与科学领域的扩展，为了将新型智能材料引入到精密驱动领域中，提出了利用磁流变效应控制摩擦力的方法，通过改变磁场控制摩擦力实现控制驱动器输出能力。
鉴于上述条件，本发明提出的压电驱动器利用对称方波电信号作为压电振子的激励信号，压电振子在非对称夹持条件下产生不同大小的惯性冲击力，当产生的冲击力大于摩擦力时，运动体运动，当产生的冲击力小于摩擦力时，运动体静止。驱动器的摩擦力调节装置能根据电磁线圈的通电大小，调节摩擦力大小，间接控制驱动器的输出性能，具有良好的可控性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：通过引入磁流变液与电磁线圈耦合来优化压电驱动器中摩擦力调节装置普遍存在的固体对固体摩擦，以解决常见的压电驱动器因固体对固体产生的摩擦磨损、摩擦力分布不均匀、摩擦力难以定量调节等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
运动体(a)中部固接长夹持块(q)，长夹持块(q)两侧有右侧压电振子(o1)、左侧压电振子(o2)；右侧压电振子(o1)由右侧压电陶瓷(o101)、右侧基板(o102)和基板自由端粘结的右侧质量块(n1)组成，左侧压电振子(o2)由左侧压电陶瓷(o201)、左侧基板(o202)和基板自由端粘结的左侧质量块(n2)组成，基板的固定端由长夹持块(q)和短夹持块(p)非对称夹持；长夹持块(q)底部固定安装摩擦盘(l)，摩擦盘(l)浸于磁流变液(j)中；运动体(a)两侧固定安装在直线导轨的滑块一(b1)、滑块二(b2)上，导轨一(c1)、导轨二(c2)分别固定安装在侧板一(d1)、侧板二(d2)上，侧板一(d1)、侧板二(d2)、侧板三(d3)、侧板四(d4)固定安装在底座(i)上，底座(i)上放置带有导磁外壳的电磁线圈(h)，导磁外壳中部带有密封片(k1)与密封条一(k2)、密封条二(k3)密封形成放置磁流变液的容腔；上导磁外壳(g1)、下导磁外壳(g2)、摩擦盘(l)材料为电工纯铁；底座(i)与侧板材质为有机玻璃；线圈骨架(m)材质为塑料。
本发明的优点是：利用磁流变液与电磁线圈耦合实现驱动器的摩擦力调整，减少了传统意义上的摩擦磨损，提高了驱动器的精度与寿命。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的整体结构示意图中A-A剖面示意图；
图3是本发明的整体结构示意图中B-B剖面示意图；
图4是本发明的整体结构示意图中左侧电磁线圈产生的主要磁场磁路。
具体实施方式
参照图1至图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种磁流变电磁耦合调摩擦的悬臂式压电直线驱动器，运动体(a)中部固接长夹持块(q)，长夹持块(q)两侧有右侧压电振子(o1)、左侧压电振子(o2)；右侧压电振子(o1)由右侧压电陶瓷(o101)、右侧基板(o102)和基板自由端粘结的右侧质量块(n1)组成，左侧压电振子(o2)由左侧压电陶瓷(o201)、左侧基板(o202)和基板自由端粘结的左侧质量块(n2)组成，基板的固定端由长夹持块(q)和短夹持块(p)非对称夹持；长夹持块(q)底部固定安装摩擦盘(l)，摩擦盘(l)浸于磁流变液(j)中；运动体(a)两侧固定安装在直线导轨的滑块一(b1)、滑块二(b2)上，导轨一(c1)、导轨二(c2)分别固定安装在侧板一(d1)、侧板二(d2)上，侧板一(d1)、侧板二(d2)、侧板三(d3)、侧板四(d4)固定安装在底座(i)上，底座(i)上放置带有导磁外壳的电磁线圈(h)，导磁外壳中部带有密封片(k1)与密封条一(k2)、密封条二(k3)密封形成放置磁流变液的容腔；上导磁外壳(g1)、下导磁外壳(g2)、摩擦盘(l)材料为电工纯铁；底座(i)与侧板材质为有机玻璃；线圈骨架(m)材质为塑料。
本发明中，导磁外壳与电磁线圈结构产生的电磁场将磁场引导至摩擦盘剪切磁流变液结构中，将电磁线圈中产生的大部分磁场利用到磁流变效应中。
本发明中，利用对称方波电信号作为压电振子的激励信号，压电振子在非对称夹持条件下产生不同大小的惯性冲击力，当产生的冲击力大于摩擦力时，运动体稳定单向运动，当产生的冲击力小于摩擦力时，运动体停止运动。驱动器的摩擦力调节装置能根据电磁线圈的通电大小，调节摩擦力大小，间接控制驱动器的输出性能，具有良好的可控性。
Claims (1)
1.一种磁流变电磁耦合调摩擦的悬臂式压电直线驱动器，其包括：运动体(a)、滑块一(b1)、滑块二(b2)、导轨一(c1)、导轨二(c2)、侧板一(d1)、侧板二(d2)、侧板三(d3)、侧板四(d4)、密封条固定板(e)、上导磁外壳(g1)、下导磁外壳(g2)、电磁线圈(h)、底座(i)、磁流变液(j)、密封片(k1)、密封条一(k2)、密封条二(k3)、摩擦盘(l)、线圈骨架(m)、右侧质量块(n1)、左侧质量块(n2)、右侧压电振子(o1)、左侧压电振子(o2)、右侧基板(o102)、左侧基板(o202)、右侧压电陶瓷(o101)、左侧压电陶瓷(o201)、短夹持块(p)、长夹持块(q)，其特征在于：运动体(a)中部固接长夹持块(q)，长夹持块(q)两侧有右侧压电振子(o1)、左侧压电振子(o2)；右侧压电振子(o1)由右侧压电陶瓷(o101)、右侧基板(o102)和基板自由端粘结的右侧质量块(n1)组成，左侧压电振子(o2)由左侧压电陶瓷(o201)、左侧基板(o202)和基板自由端粘结的左侧质量块(n2)组成，基板的固定端由长夹持块(q)和短夹持块(p)非对称夹持；长夹持块(q)底部固定安装摩擦盘(l)，摩擦盘(l)浸于磁流变液(j)中；运动体(a)两侧固定安装在直线导轨的滑块一(b1)、滑块二(b2)上，导轨一(c1)、导轨二(c2)分别固定安装在侧板一(d1)、侧板二(d2)上，侧板一(d1)、侧板二(d2)、侧板三(d3)、侧板四(d4)固定安装在底座(i)上，底座(i)上放置带有导磁外壳的电磁线圈(h)，导磁外壳中部带有密封片(k1)与密封条一(k2)、密封条二(k3)密封形成放置磁流变液的容腔；上导磁外壳(g1)、下导磁外壳(g2)、摩擦盘(l)材料为电工纯铁；底座(i)与侧板材质为有机玻璃；线圈骨架(m)材质为塑料。
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