CN110061654B - 一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器 - Google Patents
一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器 Download PDFInfo
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Abstract
一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器，它涉及压电驱动技术领域，它包括驱动机构、移动平台、底座和导轨；所述驱动机构包括驱动足、驱动单元、预压力控制单元和支架；驱动单元与预压力控制单元固接，预压力控制单元与支架固接，驱动单元与支架固接，驱动单元与驱动足固接，支架安装在移动平台上并能随移动平台移动，移动平台安装在底座上，导轨设置在底座上，驱动足受驱动单元和预压力控制单元控制能与导轨接触和分离，导轨由驱动足驱动。本发明在驱动器的驱动足与导轨接触界面加工异形织构，异形织构使驱动器驱动方向的摩擦力增大，回退方向的摩擦力减小，增大驱动器的输出力和减小回退位移。
Description
技术领域
本发明涉及一种直线驱动器，特别涉及一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器。它涉及压电驱动技术领域。
背景技术
随着我国微纳米技术的迅猛发展，研究的对象不断细化，对驱动源的精度、行程、体积等方面提出更高的要求，具有微纳米定位精度的压电驱动器成为理想的驱动源。其中压电粘滑驱动器是以摩擦力为动力，在锯齿驱动电压信号的激励下，利用压电振子的不对称振动所造成的静动摩擦力之间的差异，驱动物体产生微小位移，具有广泛的应用前景。现有粘滑惯性直线驱动器存在驱动力小，回退位移大和接触界面磨损的问题。
发明内容
本发明是为克服现有技术的不足，提供一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器，本发明在驱动器的驱动足与导轨接触界面加工异形织构，调控驱动器在驱动阶段和回退阶段的摩擦力，异形织构使驱动器驱动方向的摩擦力增大，回退方向的摩擦力减小，可以增大驱动器的输出力和减小回退位移，并且织构的减磨作用可增加驱动足与导轨接触界面的抗磨性。
本发明的技术方案是：
一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器包括移动平台、底座、导轨和两套驱动机构；两套驱动机构相对设置在底座上；每套驱动机构包括驱动足、驱动单元、预压力控制单元和支架；
驱动单元与预压力控制单元固接，预压力控制单元与支架固接，驱动单元与支架通过变形组件连接，驱动单元与驱动足固接，支架安装在移动平台上并能随移动平台移动，移动平台安装在底座上，导轨设置在底座上，驱动足端部加工有通过柔性铰链连接的接触足，驱动足受驱动单元和预压力控制单元控制能与导轨接触和分离，所述导轨的与接触足接触的表面加工有方向相反的异形织构，导轨由驱动足驱动。
进一步地，所述异形织构为开口面呈三角形、矩形或圆形，而截面为楔形的沟槽。
进一步地，每套驱动单元包括上三角放大机构以及安装在上三角放大机构内的上压电叠堆；预压力控制单元包括下三角放大机构以及安装在下三角放大机构内的下压电叠堆，所述上压电叠堆竖向设置，下压电叠堆水平设置；下三角放大机构与支架固接，上三角放大机构与支架固接，驱动足与上三角放大机构固接。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本发明在驱动器驱动足与滑动导轨接触界面加工异形织构，调控驱动器在驱动阶段和回退阶段的摩擦力，利用两个驱动机构实现驱动器双向驱动，每个驱动机构由两个压电叠堆执行单元，一个是驱动单元用来驱动导轨运动，另一个是预压力控制单元，用来控制驱动足与导轨的接触与分离。当其中一个驱动机构驱动导轨运动时，其预压力控制单元的下压电叠堆保持断电，使该驱动机构与导轨接触，另一个驱动机构的预压力控制单元保持通电使该驱动机构与导轨分离。异形织构使驱动器驱动方向的摩擦力增大，回退方向的摩擦力减小，可以增大驱动器的输出力和减小回退位移，并且织构的减磨作用可增加驱动足与导轨接触界面的抗磨性。
本发明通过在粘滑惯性驱动器接触界面布置具有摩擦取向的异形织构，增大驱动方向的摩擦力降低回退方向的摩擦力，增大驱动器的驱动力，提高驱动器的运行速度，并延长驱动器的使用寿命。可增加粘滑惯性驱动器输出力25％以上，减少了回退位移80％以上，并提高驱动器使用寿命50％以上，在精密驱动与定位等领域具有广阔的应用前景。本发明还具有结构紧凑，易于安装的优点。
附图说明
图1为一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器的结构图；
图2为图1中的驱动机构的结构示意图；
图3为导轨上设置的异形织构的分布图；
图4为实施例中左侧的驱动单元工作时，左侧驱动单元中上压电叠堆、左侧预压力控制单元中下压电叠堆以及右侧预压力控制单元中下压电叠堆的驱动电压的波形图；或左侧的驱动单元工作时，右侧驱动单元中上压电叠堆、右侧预压力控制单元中下压电叠堆以及左侧预压力控制单元中下压电叠堆的驱动电压的波形图；
图5为表面开口为矩形，而截面为楔形沟槽的异形织构的示意图；
图6为表面开口为三角形，而截面为楔形沟槽的异形织构的示意图；
图7为表面开口为圆形，而截面为楔形沟槽的异形织构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参见图1和图2说明，一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器包括移动平台5、底座6、导轨1和两套驱动机构K；两套驱动机构K相对设置在底座6上；
每套驱动机构K包括驱动足2、驱动单元3、预压力控制单元4和支架7；
驱动单元3与预压力控制单元4固接，预压力控制单元4与支架7固接，驱动单元3与支架7通过变形组件连接，驱动单元3与驱动足2固接，支架7安装在移动平台5上并能随移动平台5移动，移动平台5安装在底座6上，导轨1设置在底座6上，驱动足2端部加工有通过柔性铰链连接的接触足21，驱动足2受驱动单元3和预压力控制单元4控制能与导轨1接触和分离，所述导轨1的与接触足21接触的表面加工有方向相反的异形织构11，导轨1由驱动足2驱动。
参见图3、图5、图6和图7所示，所述异形织构11为开口面呈三角形、矩形或圆形，而截面为楔形的沟槽。
每套驱动单元3包括上三角放大机构31以及安装在上三角放大机构31内的上压电叠堆32；预压力控制单元4包括下三角放大机构41以及安装在下三角放大机构41内的下压电叠堆42，所述上压电叠堆32竖向设置，下压电叠堆42水平设置；下三角放大机构41与支架7固接，上三角放大机构31与支架7固接，驱动足2与上三角放大机构31固接。
两套驱动电压3和两套预压力控制单元4的上压电叠堆32和下压电叠堆42的驱动时序(驱动电压波形图)如图4和图5所示。其中A线表示上压电叠堆32缓慢伸长，B线表示上压电叠堆32保持高电平，C线表示上压电叠堆32快速回缩，D线表示下压电叠堆42快速伸长-驱动足2与导轨1逐渐脱离，E线表示下压电叠堆42保持高电平-接触足21与导轨1分离，F线表示下压电叠堆42快速回缩-导轨1与接触足21逐渐接触，H线表示左侧的驱动单元3工作时或右侧的驱动单元3工作时两套预压力控制单元的下压电叠堆42始终保持高电平状态。
如图1和图4所示，左侧的驱动单元3可驱动导轨1向左运动，右侧的驱动单元3可驱动导轨1向右运动。
当左侧的驱动单元3工作时，驱动波形如图4所示。驱动过程为：右侧的预压力控制单元4的下压电叠堆42保持高电平，右侧的下压电叠堆42伸长，使右侧的驱动单元3的驱动足2与导轨1分离，左侧的驱动单元3的上压电叠堆32缓慢伸长，左侧的预压力控制单元4的下压电叠堆42断电，异形织构11增大驱动足2与导轨1间的静摩擦力，使驱动力增大，驱动足2驱动导轨1向左运动；左侧的驱动单元3的上压电叠堆32保持高电平，左侧的预压力控制单元4的下压电叠堆42快速伸长，带动驱动单元3向下运动，使驱动足2与导轨1脱离或少许接触；左侧的驱动单元3的上压电叠堆32快速回缩，左侧的预压力控制单元4的下压电叠堆42保持高电平，异形织构11降低驱动足2与导轨1的滑动摩擦力，驱动足2快速向右复位，导轨1在较小摩擦力作用下回退位移减小；左侧的驱动单元3的上压电叠堆32保持低电平，左侧的预压力控制单元4的下压电叠堆42快速回缩复位，使驱动足2与导轨1接触，开始下一个驱动过程。
右侧的驱动单元3工作时，驱动波形也如图4所示。驱动过程为：左侧的预压力控制单元4的下压电叠堆42保持高电平，使左侧的驱动单元3的驱动足2与导轨1分离，右侧的驱动单元3的上压电叠堆32缓慢伸长，右侧的预压力控制单元4的下压电叠堆42断电，异形织构11增大驱动足2与导轨1间的静摩擦力，使驱动力增大，驱动足2驱动导轨1向左运动；右侧的驱动单元3的上压电叠堆32保持高电平，右侧的预压力控制单元4的下压电叠堆42快速伸长，带动驱动单元向下运动，使驱动足2与导轨1脱离或少许接触；右侧的驱动单元3的上压电叠堆32快速回缩，右侧的预压力控制单元4的下压电叠堆42保持高电平，异形织构11降低驱动足2与导轨1的滑动摩擦力，驱动足2快速向右复位，导轨1在较小摩擦力作用下回退位移减小；右侧的驱动单元3的上压电叠堆32保持低电平，右侧的预压力控制单元4的下压电叠堆42快速回缩复位，使驱动足2与导轨1接触，开始下一个驱动过程。
参见图3所示，为了提高摩擦力，异形织构11为开口面呈三角形、矩形或圆形，而截面为楔形的沟槽。
如图2所示，为了适应变形的需要，保证工作可靠，让下压电叠堆42驱动驱动足2能上下运动。变形组件包括柔性杆25和双切口柔性铰链26；两个双切口柔性铰链26之间布置有与二者连接的柔性杆25，两个双切口柔性铰链26分别与支架7和上三角放大机构31固接。双切口柔性铰链26为单轴圆形截面双切口柔性铰链。驱动足2上加工的柔性铰链为单切口柔性铰链。
如图2所示，每套驱动单元3中的上压电叠堆32通过旋拧在上三角放大机构31上的上预紧螺栓22预紧。每套预压力控制单元4中的下压电叠堆42通过旋拧在下三角放大机构41上的下预紧螺栓28预紧。每套驱动单元3中的上压电叠堆32与上三角放大机构31之间安装有垫片24，上压电叠堆32通过旋拧在上三角放大机构31中的上预紧螺栓22并顶压在垫片24上预紧。每套预压力控制单元4中的下压电叠堆42与下三角放大机构41之间安装有垫片24，下压电叠堆42通过旋拧在下三角放大机构41中的下预紧螺栓28并顶压在垫片24上预紧。
如图1所示，为了保证工作稳定可靠，所述移动平台5包括滑动平台51、固定平台52、上滑轨53、下滑轨54和螺旋测微头55；滑动平台51下表面上安装有上滑轨53，固定平台52的上表面加工有与上滑轨53相配合的下滑槽，固定平台52的上表面上安装有下滑轨54，滑动平台51的下表面上加工有与下滑轨54相配合的上滑槽，螺旋测微头55安装在固定平台52上，滑动平台51由螺旋测微头55驱动，支架7安装在滑动平台51上，固定平台52固定在底座6上。如此设置，通过螺旋侧微头55调整滑动平台51在固定平台52上的运动，实现初始调整驱动足2与导轨1接触。所述导轨1为交叉滚珠导轨，该交叉滚珠导轨中一根轨道是固定的，另一根轨道是受驱动足2驱动而相对所述其中一根轨道运动。上述实施方式中，驱动单元3和预压力控制单元4一体制成，也即，上三角放大机构31、下三角放大机构32、驱动足2、柔性杆25和支架7可一体加工制作，可采用线切割加工制作。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
Claims (8)
1.一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：它包括移动平台（5）、底座（6）、导轨（1）和两套驱动机构（K）；两套驱动机构（K）相对设置在底座（6）上；
每套驱动机构（K）包括驱动足（2）、驱动单元（3）、预压力控制单元（4）和支架（7）；
驱动单元（3）与预压力控制单元（4）固接，预压力控制单元（4）与支架（7）固接，驱动单元（3）与支架（7）通过变形组件连接，驱动单元（3）与驱动足（2）固接，支架（7）安装在移动平台（5）上并能随移动平台（5）移动，移动平台（5）安装在底座（6）上，导轨（1）设置在底座（6）上，驱动足（2）端部加工有通过柔性铰链连接的接触足（21）；
每套驱动单元（3）包括上三角放大机构（31）以及安装在上三角放大机构（31）内的上压电叠堆（32）；预压力控制单元（4）包括下三角放大机构（41）以及安装在下三角放大机构（41）内的下压电叠堆（42），所述上压电叠堆（32）竖向设置，下压电叠堆（42）水平设置；下三角放大机构（41）与支架（7）固接，上三角放大机构（31）与支架（7）固接，驱动足（2）与上三角放大机构（31）固接；
驱动足（2）受驱动单元（3）和预压力控制单元（4）控制能与导轨（1）接触和分离，驱动足（2）受上压电叠堆（32）和下压电叠堆（42）的驱动时序控制与导轨（1）接触和分离，所述导轨（1）的与接触足（21）接触的表面加工有方向相反的异形织构（11），导轨（1）由驱动足（2）驱动，异形织构（11）使驱动器驱动方向的摩擦力增大，回退方向的摩擦力减小。
2.根据权利要求1所述一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：所述异形织构（11）为开口面呈三角形、矩形或圆形，而截面为楔形的沟槽。
3.根据权利要求1或2所述一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：所述变形组件包括柔性杆（25）和双切口柔性铰链（26）；两个双切口柔性铰链（26）之间布置有与二者连接的柔性杆（25），两个双切口柔性铰链（26）分别与支架（7）和上三角放大机构（31）固接。
4.根据权利要求3所述一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：每套驱动单元（3）中的上压电叠堆（32）通过旋拧在上三角放大机构（31）上的上预紧螺栓（22）预紧。
5.根据权利要求4所述一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：每套预压力控制单元（4）中的下压电叠堆（42）通过旋拧在下三角放大机构（41）上的下预紧螺栓（28）预紧。
6.根据权利要求5所述一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：每套驱动单元（3）中的上压电叠堆（32）与上三角放大机构（31）之间安装有垫片（24），上压电叠堆（32）通过旋拧在上三角放大机构（31）中的上预紧螺栓（22）并顶压在垫片（24）上预紧。
7.根据权利要求6所述一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：每套预压力控制单元（4）中的下压电叠堆（42）与下三角放大机构（41）之间安装有垫片（24），下压电叠堆（42）通过旋拧在下三角放大机构（41）中的下预紧螺栓（28）并顶压在垫片（24）上预紧。
8.根据权利要求7所述一种异形织构摩擦调控的变预紧力粘滑惯性直线驱动器，其特征在于：所述移动平台（5）包括滑动平台（51）、固定平台（52）、上滑轨（53）、下滑轨（54）和螺旋测微头（55）；滑动平台（51）下表面上安装有上滑轨（53），固定平台（52）的上表面加工有与上滑轨（53）相配合的下滑槽，固定平台（52）的上表面上安装有下滑轨（54），滑动平台（51）的下表面上加工有与下滑轨（54）相配合的上滑槽，螺旋测微头（55）安装在固定平台（52）上，滑动平台（51）由螺旋测微头（55）驱动，支架（7）安装在滑动平台（51）上，固定平台（52）固定在底座（6）上。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20231023 Address after: Room 211-213, Building 2, No. 389 Yuelin East Road, Yuelin Street, Fenghua District, Ningbo City, Zhejiang Province, 315000 Patentee after: Ningbo Qijing Technology Co.,Ltd. Address before: 201400 floor 1, building 4, No. 6758, Daye highway, Fengxian District, Shanghai Patentee before: Shanghai Yerong Technology Co.,Ltd. |