CN109672360A - 一种一体化非对称三角放大压电驱动器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种一体化非对称三角放大压电驱动器，为一整体构件，包括：主动工字区、第一非对称变形梁区和第二非对称变形梁区，特点在于所述主动工字区由中心竖直区、第一水平区和第二水平区构成，且所述中心竖直区通过导体材料与压电颗粒材料通过特定区域改性形成；所述对称变形梁区为矩形柱状结构，一端与所述第一水平区第一侧端点连接，另一端与所述第二水平区第一侧端点连接，两端连接处设置有圆弧刚度调控调控槽，且在非对称梁区内表面上布置有两个单侧圆弧刚度控制槽。采用增材制造一次成型，便于微型化，输出位移更大，在微机械、微流体驱动以及微小机器人等方面具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于新型功能材料领域，具体涉及一种一体化非对称三角放大压电驱动器。
背景技术
压电驱动器是利用材料的压电特性，在压电材料两端输入电压，形成特定的机械力与位移的输出。随着复合功能材料技术以及增材制造技术的进步，使得多相功能材料增材制造、多材料增材制造，在同一结构中布置不同物质以形成一体化制造的新型器件也已经成为可能。所形成的多层伸缩式压电驱动器件存在输出位移小、对与之配合的零件要求较高等问题，限制了这类新型驱动器的应用。
发明内容
为了解决复合功能材料一体成型的压电功能器件输出位移小，限制应用的问题，利用多材料增材制造技术，按需布置材料，提出了利用材料特殊分布形成的一种具有位移放大效果的功能结构一体化压电微驱动器，由主动工字区、第一非对称变形梁区和第二非对称变形梁区等区域按照特定的结构与分布方式构成，可在单实体结构上实现位移的产生与放大，是一种适用范围更广的功能材料驱动装置。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一种一体化非对称三角放大压电驱动器，为一实体构件，以高弹性模量纳米粒子改性后的树脂基质作为材料，包括：主动工字区、第一非对称变形梁区和第二非对称变形梁区，特点在于所述主动工字区由中心竖直区、第一水平区和第二水平区构成，且所述中心竖直区通过导体材料与压电颗粒材料通过特定区域改性形成，称为改性压电区，所述改性压电区材料为高导电性纳米粒子改性后的导电纳米复合树脂基，由第一电极梳区、第二电极梳区、非导电区和局部压电改性区构成；所述所述第一电极梳区和第二电极梳区区域内的材料中均匀添加导电粒子，区域截面为梳状结构，二者交叉布置且不接触；所述非导电区不添加功能粒子，布置于所述梳状结构的梳齿槽底与另一个梳顶之间；所述压电改性区区域内均匀添加压电功能材料颗粒，且布置于所述第一电极梳区与第二电极梳区的梳齿结构之间；所述第一非对称变形梁区为矩形柱状结构，一端与所述第一水平区第一侧端点连接，另一端与所述第二水平区第一侧端点连接，两端连接处设置有关于所述所述非对称变形梁区中性面对称的圆弧刚度调控调控槽，且在相对主动工字区上中心竖直区一侧的非对称梁区内表面上布置有两个单侧圆弧刚度控制槽，所述单侧圆弧刚度控制槽圆心在所述非对称梁区内侧表面上且关于非对称梁长度方向中心面对称布置，两个所述单侧圆弧刚度控制槽之间的区域为放大位移输出区；所述第二非对称变形梁区与所述第一非对称变形梁区结构相同，且二者关于所述主动工字区中心竖直区长度方向中心对称布置。各层由不同的复合材料构成，通过分别不同的挤出头，用多层增材制造的方式形成所述的材料布置。便于微型化，输出位移更大，在微机械、微流体驱动以及微小机器人等方面具有广泛的应用前景。
成型后，在所述的第一伸缩区和第二伸缩区中的第一电极梳区和第二电极梳区之间施加高压直流电，对所述的压电改性区进行极化。工作时，在第一伸缩区和第二伸缩区两电极梳区之间施加交变电压，驱动器上所述主动工字区发生长度方向的伸缩，由于所述圆弧刚度调控槽处与单侧圆弧刚度控制槽处结构中性面不在同一直线上，则所述两单侧圆弧刚度控制槽之间的放大位移输出区处衍生出垂直于所述主动工字区发生长度方向的运动，且位移是放大前的数倍，由此实现在单一结构内功能材料的驱动与输出能力增强。
附图说明
图1 是本发明一种一体化非对称三角放大压电驱动器结构示意图。
图2 是本发明一种一体化非对称三角放大压电驱动器中改性压电区内部功能材料分布示意图。
具体实施方式
参照图1和图2，本发明一种一体化非对称三角放大压电驱动器，为一实体构件，以高弹性模量纳米粒子改性后的树脂基质作为材料，包括：主动工字区1、第一非对称变形梁区2和第二非对称变形梁区3，特点在于所述主动工字区1由中心竖直区、第一水平区和第二水平区构成，且所述中心竖直区通过导体材料与压电颗粒材料通过特定区域改性形成，称为改性压电区10，所述改性压电区10材料为高导电性纳米粒子改性后的导电纳米复合树脂基，由第一电极梳区11、第二电极梳区12、非导电区13和局部压电改性区14构成；所述所述第一电极梳区11和第二电极梳区12区域内的材料中均匀添加导电粒子，区域截面为梳状结构，二者交叉布置且不接触；所述非导电区13不添加功能粒子，布置于所述梳状结构的梳齿槽底与另一个梳顶之间；所述压电改性区14区域内均匀添加压电功能材料颗粒，且布置于所述第一电极梳区11与第二电极梳区12的梳齿结构之间；所述第一非对称变形梁区2为矩形柱状结构，一端与所述第一水平区第一侧端点连接，另一端与所述第二水平区第一侧端点连接，两端连接处设置有关于所述所述非对称变形梁区2中性面对称的圆弧刚度调控调控槽21，且在相对主动工字区1上中心竖直区一侧的非对称梁区内表面上布置有两个单侧圆弧刚度控制槽22，所述单侧圆弧刚度控制槽22圆心在所述非对称梁区内侧表面上且关于非对称梁长度方向中心面对称布置，两个所述单侧圆弧刚度控制槽22之间的区域为放大位移输出区；所述第二非对称变形梁区3与所述第一非对称变形梁区2结构相同，且二者关于所述主动工字区1中心竖直区长度方向中心对称布置。各层由不同的复合材料构成，通过分别不同的挤出头，用多层增材制造的方式形成所述的材料布置。
成型后，在所述的第一伸缩区和第二伸缩区中的第一电极梳区11和第二电极梳区12之间施加高压直流电，对所述的压电改性区14进行极化。工作时，在第一伸缩区和第二伸缩区两电极梳区之间施加相位相反的交变电压，驱动器上所述主动工字区1发生长度方向的伸缩，由于所述圆弧刚度调控槽21处与单侧圆弧刚度控制槽22处结构中性面不在同一直线上，则所述两单侧圆弧刚度控制槽22之间的放大位移输出区处衍生出垂直于所述主动工字区1发生长度方向的运动，且位移是放大前的数倍，由此实现在单一结构内功能材料的驱动与输出能力增强。
Claims (1)
1.一种一体化非对称三角放大压电驱动器，为一实体构件，以高弹性模量纳米粒子改性后的树脂基质作为材料，包括：主动工字区（1）、第一非对称变形梁区（2）和第二非对称变形梁区（3），特点在于所述主动工字区（1）由中心竖直区、第一水平区和第二水平区构成，且所述中心竖直区通过导体材料与压电颗粒材料通过特定区域改性形成，称为改性压电区（10），所述改性压电区（10）材料为高导电性纳米粒子改性后的导电纳米复合树脂基，由第一电极梳区（11）、第二电极梳区（12）、非导电区（13）和局部压电改性区（14）构成；所述所述第一电极梳区（11）和第二电极梳区（12）区域内的材料中均匀添加导电粒子，区域截面为梳状结构，二者交叉布置且不接触；所述非导电区（13）不添加功能粒子，布置于所述梳状结构的梳齿槽底与另一个梳顶之间；所述压电改性区（14）区域内均匀添加压电功能材料颗粒，且布置于所述第一电极梳区（11）与第二电极梳区（12）的梳齿结构之间；所述第一非对称变形梁区（2）为矩形柱状结构，一端与所述第一水平区第一侧端点连接，另一端与所述第二水平区第一侧端点连接，两端连接处设置有关于所述所述非对称变形梁区（2）中性面对称的圆弧刚度调控调控槽（21），且在相对主动工字区（1）上中心竖直区一侧的非对称梁区内表面上布置有两个单侧圆弧刚度控制槽（22），所述单侧圆弧刚度控制槽（22）圆心在所述非对称梁区内侧表面上且关于非对称梁长度方向中心面对称布置，两个所述单侧圆弧刚度控制槽（22）之间的区域为放大位移输出区；所述第二非对称变形梁区（3）与所述第一非对称变形梁区（2）结构相同，且二者关于所述主动工字区（1）中心竖直区长度方向中心对称布置。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114411992A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-04-29 | 长安大学 | 一种压电碰撞组合耗能减振器 |
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2018
- 2018-10-19 CN CN201811218910.1A patent/CN109672360A/zh not_active Withdrawn
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