CN110067832B - 一种压电陶瓷驱动器预紧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种压电陶瓷驱动器预紧装置，螺纹柱转动设置在基座上，螺纹柱与压电陶瓷驱动器同向设置，螺纹柱的一端能够顶靠在压电陶瓷驱动器的端部；螺纹柱通过蜗轮驱动，蜗轮螺纹套装在螺纹柱之外；蜗杆与蜗轮螺纹配合，形成蜗轮蜗杆机构，蜗杆转动时带动蜗轮转动，由于蜗轮的轴向两端由基座顶靠限位，蜗轮转动时轴向位置保持不动，并且蜗轮与螺纹柱相互螺纹配合，需要顶紧时，拧动蜗杆，使螺纹柱靠近压电陶瓷驱动器，压电陶瓷驱动器的一端与螺纹柱接触，另一端与工作机构接触，通过螺纹柱施加压力，使压电陶瓷驱动器与工作机构紧密贴合；蜗轮蜗杆机构具有自锁特性，只能由蜗杆带动蜗轮，蜗轮无法反向带动蜗杆转动，消除了松脱的可能性。

Description

一种压电陶瓷驱动器预紧装置
技术领域
本发明涉及压电陶瓷技术领域，更进一步涉及一种压电陶瓷驱动器预紧装置。
背景技术
在微纳精密加工领域，堆叠式压电陶瓷驱动器的应用越来越多，堆叠式压电陶瓷具有位移精度高的特点，分辨率可达纳米级别，并且推力大，可达1000N，堆叠式压电陶瓷驱动器的行程很小，一般只有几十到一百微米，并常与柔性结构结合在一起工作。
当驱动器外置，在外部推动柔性铰链时，驱动器可能并没有贴紧柔性铰链，存在间隙，驱动器输出位移，但位移并未传递到柔性铰链，造成输入死区。
常用的方法是在压电陶瓷驱动器之后设置一颗紧固螺钉顶紧，但压电陶瓷的工作推力大，工作一段时间后螺钉会被顶松，失去原有的顶紧效果。
对于本领域的技术人员来说，如何避免顶紧机构松动，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供一种压电陶瓷驱动器预紧装置，能够避免顶紧机构松动，具体方案如下：
一种压电陶瓷驱动器预紧装置，包括：
基座，其上安装并导向限位压电陶瓷驱动器；
螺纹柱，活动设置在所述基座上，所述螺纹柱与所述压电陶瓷驱动器同向设置，其一端能够顶靠在所述压电陶瓷驱动器的端部；
蜗轮，螺纹套装在所述螺纹柱之外，所述蜗轮的轴向两端由所述基座顶靠限位；
蜗杆，转动设置在所述基座上，其上设置外螺纹，用于与所述蜗轮螺纹配合。
可选地，所述基座包括可拆卸固定的上盖和下座，所述上盖的下表面和所述下座的上表面分别设置用于装配所述蜗轮的装配凹槽。
可选地，所述下座的上表面设置用于容纳所述压电陶瓷驱动器的驱动凹槽；所述下座的上表面设置限位环，所述限位环与驱动凹槽形成匹配所述压电陶瓷驱动器的圆环。
可选地，所述蜗杆通过两个轴承安装在所述下座上。
可选地，所述蜗杆的一端伸出于所述下座之外，所述蜗杆的伸出端设置用于拧动的旋钮。
可选地，所述下座的底部向外凸出设置固定翅片，所述固定翅片上设置螺栓孔。
可选地，所述装配凹槽的内壁两侧相对凸出形成限位凸台，所述蜗轮夹装于两个所述限位凸台之间；所述限位凸台上设置用于限位所述螺纹柱的U型槽。
本发明的核心在于提供一种压电陶瓷驱动器预紧装置，基座上安装并导向限位压电陶瓷驱动器，压电陶瓷驱动器通电改变自身的长度；螺纹柱活动设置在基座上，螺纹柱与压电陶瓷驱动器同向设置，螺纹柱的一端能够顶靠在压电陶瓷驱动器的端部；螺纹柱通过蜗轮驱动，蜗轮螺纹套装在螺纹柱之外；蜗杆转动设置在基座上，其上设置外螺纹，用于与蜗轮螺纹配合，形成蜗轮蜗杆机构，蜗杆转动时带动蜗轮转动，由于蜗轮的轴向两端由基座顶靠限位，蜗轮转动时轴向位置保持不动，并且蜗轮与螺纹柱相互螺纹配合，因此蜗轮转动时可驱动螺纹柱移动，靠近或远离压电陶瓷驱动器，需要顶紧时，拧动蜗杆，使螺纹柱靠近压电陶瓷驱动器，压电陶瓷驱动器的一端与螺纹柱接触，另一端与工作机构接触，通过螺纹柱施加压力，使压电陶瓷驱动器与工作机构紧密贴合；蜗轮蜗杆机构具有自锁特性，只有由蜗杆带动蜗轮，蜗轮无法反向带动蜗杆转动，消除了松脱的可能性，可应用于变载荷、振动、冲击等多种工况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1A为本发明提供的压电陶瓷驱动器预紧装置的轴测图；
图1B为本发明提供的压电陶瓷驱动器预紧装置的正视图；
图1C为本发明提供的压电陶瓷驱动器预紧装置的正视剖面图；
图2A为基座的轴测图；
图2B为基座的俯视图；
图3A为下座与蜗轮、蜗杆、压电陶瓷驱动器装配的轴测图；
图3B为图3A的正视图；
图3C为图3A的俯视图；
图4A为蜗轮和蜗杆相互配合的轴测图；
图4B为蜗轮和蜗杆相互配合的正视图。
图中包括：
基座 1、上盖 11、下盖 12、限位环 121、固定翅片 122、限位凸台 123、螺纹柱 2、蜗轮 3、蜗杆 4、压电陶瓷驱动器 5。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种压电陶瓷驱动器预紧装置，能够避免顶紧机构松动。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的压电陶瓷驱动器预紧装置进行详细的介绍说明。
如图1A所示，为本发明提供的压电陶瓷驱动器预紧装置的轴测图；图1B和图1C分别为本发明提供的压电陶瓷驱动器预紧装置的正视图及正视剖面图；其中包括基座1、螺纹柱2、蜗轮3、蜗杆4等结构，基座1为主体支撑结构，如图2A和图2B所示，分别为基座1的轴测图和俯视图；基座1上开设限位滑槽结构，用于安装压电陶瓷驱动器5，通过基座1上的滑槽导向限位压电陶瓷驱动器5，压电陶瓷驱动器5受到不同的电压可改变自身的长度。
螺纹柱2活动设置在基座1上，可相对于基座1滑动平移，滑动方向沿螺纹柱2的长度方向，螺纹柱2的外表面设置外螺纹；螺纹柱2与压电陶瓷驱动器5同向设置，两者位于同一直线上，螺纹柱2的一端能够顶靠在压电陶瓷驱动器5的端部，当螺纹柱2沿其轴向运动时，可靠近或远离压电陶瓷驱动器5。
蜗轮3螺纹套装在螺纹柱2之外，蜗轮3的内腔侧壁处设置内螺纹，与螺纹柱2的外螺纹相互螺纹配合；蜗轮3的轴向两端由基座1顶靠限位，轴向两端指蜗轮3的回转轴，两端为平面，当蜗轮3旋转时，蜗轮3的两端恰好与基座1上的限位结构配合，使蜗轮3在旋转时，轴向位置保持不动，其仅做旋转运动；由于螺纹柱2只能沿长度方向移动，无法相对于基座1转动，在蜗轮3旋转时，蜗轮3和螺纹柱2相对移动，而蜗轮3的轴向位置被基座1限位，因此螺纹柱2相对于蜗轮3轴向移动，也即螺纹柱2相对于基座1沿螺纹柱2自身的轴向移动，靠近或远离压电陶瓷驱动器5；需要顶紧时，螺纹柱2沿同一方向移动，不断向靠近压电陶瓷驱动器5的方向移动，接触压电陶瓷驱动器5并顶靠施加压力，压电陶瓷驱动器5的另一端接触并顶靠在工作机构上，通过螺纹柱2的压力使压电陶瓷驱动器5保持一定的预紧力。
蜗杆4转动设置在基座1上，其上设置外螺纹，用于与蜗轮3螺纹配合；蜗杆4的长度方向与压电陶瓷驱动器5的长度方向大致垂直，蜗杆4上设置外螺纹，蜗杆4与蜗轮3形成蜗轮蜗杆机构，当蜗杆4旋转时，通过蜗轮蜗杆机构对蜗轮3传动，蜗杆4与蜗轮3的回转轴相互垂直，蜗轮3和螺纹柱2的回转轴与压电陶瓷驱动器5的长度方向平行。
采用本发明的压电陶瓷驱动器预紧装置，需要顶紧时，拧动蜗杆4，蜗杆4与蜗轮3形成蜗轮蜗杆机构，配合使蜗轮3旋转，蜗轮3与螺纹柱2螺纹配合带动螺纹柱2旋转并移动，使螺纹柱2靠近压电陶瓷驱动器5，压电陶瓷驱动器5的一端与螺纹柱2接触，压电陶瓷驱动器5的一端与螺纹柱2接触，另一端与工作机构接触，通过螺纹柱2对压电陶瓷驱动器5施加压力，使压电陶瓷驱动器5与工作机构紧密贴合，对压电陶瓷驱动器5形成预紧力；蜗轮蜗杆机构具有自锁特性，对于本发明的预紧装置来说，只可由蜗杆4带动蜗轮3转动，蜗轮3无法反向带动蜗杆4转动，因此只能在人为主动操作蜗杆4时才可对压电陶瓷驱动器5施加预紧力，压电陶瓷驱动器5受到振动时无法反向传递带动蜗杆4转动，消除了松脱的可能性，可应用于变载荷、振动、冲击等多种工况，避免出现松动。
在上述方案的基础上，本发明的基座1包括可拆卸固定的上盖11和下座12，上盖11的下表面和下座12的上表面分别设置用于装配蜗轮3的装配凹槽，如图3A所示，为下座12与蜗轮3、蜗杆4、压电陶瓷驱动器5装配的轴测图，图3B和图3C分别为图3A的正视图和俯视图；上盖11和下座12装配后形成一个空腔，空腔由上盖11下表面的凹槽和下座12上表面的凹槽配合形成，空腔内容纳蜗轮3，将蜗轮3包围在内，对蜗轮3起到防护作用。
下座12的上表面设置驱动凹槽，驱动凹槽为长条形，用于容纳压电陶瓷驱动器5，驱动凹槽向下凹陷于下座12的上表面，驱动凹槽的长度小于压电陶瓷驱动器5的长度，压电陶瓷驱动器5与工作机构接触的一端外露于下座12上的驱动凹槽，确保压电陶瓷驱动器5伸缩时不受下座12的影响。
上盖11的尺寸小于下座12，上盖11主要用于包裹蜗轮蜗杆机构，起防护作用，增加一体性；而驱动凹槽而不被上盖11覆盖，为了对压电陶瓷驱动器5实现限位，在下座12的上表面设置限位环121，限位环121为一半圆弧，近似拱形，限位环121与驱动凹槽形成匹配压电陶瓷驱动器5的圆环，压电陶瓷驱动器5装配时插入限位环121与驱动凹槽形成的圆环之内，防止压电陶瓷驱动器5两端受压时从驱动凹槽中脱离。
驱动凹槽为外露结构，通过限位环121对压电陶瓷驱动器5限位，可方便压电陶瓷驱动器5插装；上盖11与下座12形成的封闭空腔中，螺纹柱2从空腔伸出，恰好顶在压电陶瓷驱动器5上。
蜗杆4通过两个轴承安装在下座12上，通过轴承对蜗杆4起到支撑作用，增加蜗杆4转动时的顺滑度；如图4A和图4B所示，分别为蜗轮3和蜗杆4相互配合的轴测图和正视图，轴承的外圈内嵌固定于下座12靠近外壁处，内圈与蜗杆4相对固定。
为了方便拧转操作，蜗杆4的一端伸出于下座12之外，蜗杆4的伸出端设置用于拧动的旋钮，旋钮的直径大于蜗杆4，便于拧转时抓握，不需要借助其他的工具就可拧转蜗杆4。除此之外，若蜗杆4不凸出于下座12，在蜗杆4的端部也可设置“十”字或“一”字纹，通过螺丝刀等工具使其旋转。
下座12的底部向外凸出设置固定翅片122，固定翅片122至少相对设置两块，固定翅片122上设置螺栓孔，通过固定翅片122上的螺栓孔将下座12固定装配。
优选地，本发明在装配凹槽的内壁两侧相对凸出形成限位凸台123，两个限位凸台123的之间的间距与蜗轮3的厚度相等，蜗轮3夹装于两个限位凸台123之间，通过两个限位凸台123对蜗轮3起到轴向限位的作用；装配凹槽除了限位凸台123的其他位置处的宽度大于蜗轮3的厚度，具有更大的容纳空间，方便布置安装螺杆4。
限位凸台123上设置用于限位螺纹柱2的U型槽，限位凸台123处的厚度更大，与螺纹柱2的接触面积更大，使压强均匀分布，起到更好的承托作用。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种压电陶瓷驱动器预紧装置，其特征在于，包括：
基座(1)，其上安装并导向限位压电陶瓷驱动器(5)；
螺纹柱(2)，活动设置在所述基座(1)上，所述螺纹柱(2)与所述压电陶瓷驱动器(5)同向设置，其一端能够顶靠在所述压电陶瓷驱动器(5)的端部；
蜗轮(3)，螺纹套装在所述螺纹柱(2)之外，所述蜗轮(3)的轴向两端由所述基座(1)顶靠限位；
蜗杆(4)，转动设置在所述基座(1)上，其上设置外螺纹，用于与所述蜗轮(3)螺纹配合；
所述基座(1)包括可拆卸固定的上盖(11)和下座(12)，所述上盖(11)的下表面和所述下座(12)的上表面分别设置用于装配所述蜗轮(3)的装配凹槽；
所述装配凹槽的内壁两侧相对凸出形成限位凸台(123)，所述蜗轮(3)夹装于两个所述限位凸台(123)之间；所述限位凸台(123)上设置用于限位所述螺纹柱(2)的U型槽。
2.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动器预紧装置，其特征在于，所述下座(12)的上表面设置用于容纳所述压电陶瓷驱动器(5)的驱动凹槽；所述下座(12)的上表面设置限位环(121)，所述限位环(121)与驱动凹槽形成匹配所述压电陶瓷驱动器(5)的圆环。
3.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动器预紧装置，其特征在于，所述蜗杆(4)通过两个轴承安装在所述下座(12)上。
4.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动器预紧装置，其特征在于，所述蜗杆(4)的一端伸出于所述下座(12)之外，所述蜗杆(4)的伸出端设置用于拧动的旋钮。
5.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动器预紧装置，其特征在于，所述下座(12)的底部向外凸出设置固定翅片(122)，所述固定翅片(122)上设置螺栓孔。
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