CN111872869A - 一种预紧力装置及预紧力装置调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种预紧力装置及预紧力装置调节方法，预紧力装置包括基座、支撑杆、固定头、移动杆、弹性件、第一紧固件及第二紧固件，支撑杆固定于基座上，固定头滑动连接于支撑杆上且位于基座的一侧，固定头能沿支撑杆的延伸方向靠近或远离基座，移动杆沿支撑杆的延伸方向滑动连接于固定头且与支撑杆平行，移动杆的靠近基座的一端与基座之间形成用于放置压电驱动器的测试工位，弹性件的靠近固定头的一端用于抵接在固定头上，弹性件的远离固定头的一端用于抵接在移动杆上，支撑杆设有用于显示弹性件的压缩量的刻度，第一紧固件用于将移动杆锁紧于固定头上，第二紧固件用于将固定头锁紧在支撑杆上，预紧力装置具有结构简单和成本低廉的优点。

Description

一种预紧力装置及预紧力装置调节方法

技术领域

本发明属于压电驱动器技术领域，更具体地说，是涉及一种预紧力装置及预紧力装置调节方法。

背景技术

压电驱动器是一种利用逆压电效应通过电场控制压电体的机械变形从而产生纵向直线运动的一类元件，广泛应用于航空航天、精密测量、精密加工、医疗器械等领域。压电驱动器在电压作用下具有很快的反应速度，但在撤掉电压后难以快速从膨胀状态恢复至原始状态，这极大的限制了其动态应用，且拉应力的存在使压电驱动器在长期使用过程中容易产生内部微裂纹，从而影响其使用寿命。因此，压电驱动器在使用或测试过程中，需施加一定的预紧力，抵消拉应力，驱使驱动器在撤掉电压时进行快速收缩。目前应用较多的预紧力施加装置，需配合力传感器对施加力进行测量及控制，增加了结构复杂度及使用成本。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种预紧力装置及预紧力装置调节方法，以解决现有技术中存在的预紧力装置的结构复杂和成本较高的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种预紧力装置，用于压电驱动器，包括：

基座；

支撑杆，固定于所述基座上；

固定头，滑动连接于所述支撑杆上且位于所述基座的一侧，所述固定头能沿所述支撑杆的延伸方向靠近或远离所述基座；

移动杆，沿所述支撑杆的延伸方向滑动连接于所述固定头且与所述支撑杆平行，所述移动杆的靠近所述基座的一端与所述基座之间形成用于放置所述压电驱动器的测试工位；

弹性件，所述弹性件的靠近所述固定头的一端用于抵接在所述固定头上，所述弹性件的远离所述固定头的一端用于抵接在所述移动杆上，所述支撑杆设有用于显示所述弹性件的压缩量的刻度；

第一紧固件，用于将所述移动杆锁紧于所述固定头上；以及

第二紧固件，用于将所述固定头锁紧在所述支撑杆上。

在一个实施例中，所述固定头上设有供所述支撑杆穿过的第一穿孔以及供所述移动杆穿过的第二穿孔，所述支撑杆滑动连接于所述第一穿孔，所述移动杆滑动连接于所述第二穿孔。

在一个实施例中，所述移动杆包括滑动连接于所述第二穿孔的第一滑动连接段以及连接于所述第一滑动连接段的远离所述基座的一端且与所述第一紧固件螺纹连接的外螺纹段，所述第一紧固件设于所述固定头的远离所述基座的一侧。

在一个实施例中，所述第一紧固件开设有通孔，所述通孔的内壁包括螺纹连接于所述外螺纹段的内螺纹段以及连接于所述内螺纹段的靠近所述固定头的一端的第二滑动连接段。

在一个实施例中，所述固定头的侧面开设有与所述第一穿孔连通的第三穿孔，所述第二紧固件为螺纹连接于所述第三穿孔的螺纹件，所述第二紧固件的一端经过所述第三穿孔后伸入所述第一穿孔并抵接在所述支撑杆上。

在一个实施例中，所述第一穿孔内设有用于与所述支撑杆滑动连接的第一直线轴承，所述第二穿孔内设有用于与所述移动杆滑动连接的第二直线轴承。

在一个实施例中，所述弹性件套设于所述移动杆外，所述弹性件为弹簧。

在一个实施例中，所述移动杆的靠近所述基座的一端设有第一绝缘件，所述基座对应所述第一绝缘件设有第二绝缘件，所述第一绝缘件与所述第二绝缘件座之间形成用于放置所述压电驱动器的测试工位。

在一个实施例中，所述移动杆的远离所述基座的一端的表面抛光处理并用于设置位移传感器，所述位移传感器用于动态监测所述压电驱动器的位移特性。

本发明还提供了一种预紧力装置调节方法，采用如上所述的预紧力装置进行调节，所述预紧力装置调节方法包括：

预设预紧力，计算所述弹性件的压缩量的大小，所述弹性件的压缩量的计算公式为：

其中，D为所述弹性件的压缩量，G为预紧力，K为所述弹性件的弹性系数；

参照所述支撑杆上的刻度，使所述移动杆相对所述固定头沿所述支撑杆的延伸方向朝远离所述基座的方向滑动，所述弹性件呈对应所述压缩量的压缩状态，采用所述第一紧固件将所述移动杆锁紧于所述固定头上；

将所述压电驱动器放置于所述测试工位，所述固定头相对于所述支撑杆滑动，同时带动所述移动杆移动，使得所述移动杆的靠近所述基座的一端抵接在所述压电驱动器上，采用所述第二紧固件将所述固定头锁紧于所述支撑杆上；

松开所述第一紧固件，在所述弹性件的弹力作用下，所述移动杆朝所述压电驱动器施加预紧力。

本发明提供的预紧力装置的有益效果在于：使用时，移动杆相对固定头沿支撑杆的延伸方向朝远离基座的方向滑动，使得弹性件呈压缩状态，然后采用第一紧固件将移动杆锁紧于固定头上；将压电驱动器放置于测试工位，固定头相对于支撑杆滑动，同时带动移动杆移动，使得移动杆的靠近基座的一端刚好抵接在压电驱动器上，然后采用第二紧固件将固定头锁紧于支撑杆上；松开第一紧固件，在弹性件的弹力作用下，移动杆朝压电驱动器施加预紧力。本发明的预紧力装置的弹性件的弹力等于预紧力，弹性件的弹性系数是已知的，支撑杆上设有用于显示所述弹性件的压缩量的刻度，通过读取弹性件的压缩量并结合弹性件的弹性系数可以计算弹性件的弹力大小，与现有技术相比，本发明的预紧力装置省略了力传感器，有效简化了预紧力装置的结构，使得本发明的预紧力装置具有成本低廉和操作方便的优点；此外，本发明的预紧力装置还可以匹配位移传感器，实现压电驱动器在预紧状态下的动态位移特性检测。

本发明提供的预紧力装置调节方法的有益效果在于：本发明的预紧力装置调节方法采用上述预紧力装置对压电驱动器施加一定的预紧力，上述预紧力装置的结构简单，且可以对施加力进行测量及控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的预紧力装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的预紧力装置的分解结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第一紧固件的剖视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的固定头的剖视结构示意图。

其中，图中各附图标记：

110-基座；120-支撑杆；130-固定头；131-第一穿孔；1311-第一直线轴承；132-第二穿孔；1321-第二直线轴承；133-第三穿孔；140-移动杆；141-第一滑动连接段；142-外螺纹段；150-弹性件；160-第一紧固件；161-通孔；1611-内螺纹段；1612-第二滑动连接段；170-第二紧固件；181-第一绝缘件；182-第二绝缘件；190-测试工位；200-压电驱动器。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1与图2，本发明实施例提供一种预紧力装置，用于压电驱动器200，包括基座110、支撑杆120、固定头130、移动杆140、弹性件150、第一紧固件160以及第二紧固件170，其中，支撑杆120固定于基座110上，具体可以但不限于为支撑杆120的一端固定在基座110上；固定头130滑动连接于支撑杆120上且位于基座110的一侧，固定头130能沿支撑杆120的延伸方向靠近或远离基座110，使得固定头130能沿支撑杆120上下滑动；移动杆140沿支撑杆120的延伸方向滑动连接于固定头130且与支撑杆120平行，使得移动杆140能相对固定头130沿支撑杆120的延伸方向靠近或远离基座110，移动杆140的靠近基座110的一端与基座110之间形成用于放置压电驱动器200的测试工位190；弹性件150的靠近固定头130的一端用于抵接在固定头130上，弹性件150的远离固定头130的一端用于抵接在移动杆140上，通过使移动杆140相对固定头130沿支撑杆120的延伸方向靠近或远离基座110来调整弹性件150的压缩量，压缩量指的是弹性件150压缩变化长度，支撑杆120设有用于显示弹性件150的压缩量的刻度，根据弹性件150的弹性系数可以计算弹性件150的弹力大小；第一紧固件160用于将移动杆140锁紧于固定头130上，第二紧固件170用于将固定头130锁紧在支撑杆120上。在该实施例中，支撑杆120上的刻度的精度为1mm，当然，根据实际情况的选择，刻度的精度也可以作适当调整，在此不作唯一限定。

本发明实施例的预紧力装置使用方法为：

步骤(1)移动杆140相对固定头130沿支撑杆120的延伸方向朝远离基座110的方向滑动，使得弹性件150呈压缩状态，然后采用第一紧固件160将移动杆140锁紧于固定头130上；

步骤(2)将压电驱动器200放置于测试工位190，固定头130相对于支撑杆120滑动，同时带动移动杆140移动，使得移动杆140的靠近基座110的一端刚好抵接在压电驱动器200上，然后采用第二紧固件170将固定头130锁紧于支撑杆120上；

步骤(3)松开第一紧固件160，在弹性件150的弹力作用下，移动杆140朝压电驱动器200施加预紧力。本发明实施例的预紧力装置的弹性件150的弹力等于预紧力，弹性件150的弹性系数是已知的，支撑杆120上设有用于显示所述弹性件150的压缩量的刻度，通过读取弹性件150的压缩量并结合弹性件150的弹性系数可以计算弹性件150的弹力大小，与现有技术相比，本发明实施例的预紧力装置省略了力传感器，有效简化了预紧力装置的结构，使得本发明实施例的预紧力装置具有成本低廉和操作方便的优点。

进一步地，作为本发明的一个具体实施方式，如图2与图4所示，固定头130上设有供支撑杆120穿过的第一穿孔131以及供移动杆140穿过的第二穿孔132，支撑杆120滑动连接于第一穿孔131，移动杆140滑动连接于第二穿孔132，从而使得固定头130分别滑动连接于支撑杆120和移动杆140。可以理解的是，根据实际情况的选择和具体需求，固定头130可以通过其它方式分别滑动连接于支撑杆120和移动杆140，在此不作唯一限定。

进一步地，作为本发明的一个具体实施方式，如图2与图3所示，移动杆140包括滑动连接于第二穿孔132的第一滑动连接段141以及连接于第一滑动连接段141的远离基座110的一端且与第一紧固件160螺纹连接的外螺纹段142，第一紧固件160设于固定头130的远离基座110的一侧，从而使得第一紧固件160能将移动杆140锁紧在固定头130上。在该实施例中，在弹性件150的自然状态下，即在弹性件150未被压缩或者拉伸的状态下，移动杆140的外螺纹段142位于固定头130的远离基座110的一侧，且第一紧固件160螺纹连接于移动杆140的外螺纹段142且第一紧固件160的靠近固定头130的一面与固定头130抵接。可以理解的是，根据实际情况的选择和具体需求，第一紧固件160可以通过其它方式将移动杆140锁紧在固定头130上，在此不作唯一限定。

进一步地，作为本发明的一个具体实施方式，移动杆140的外螺纹段142的长度应大于弹性件150的最大压缩量，以增大弹性件150的弹力(预紧力)的调节范围。当然，根据实际情况的选择和具体需求，移动杆140的外螺纹段142的长度可以作适当调整，在此不作唯一限定。

进一步地，作为本发明的一个具体实施方式，如图2与图4所示，第一穿孔131内设有用于与支撑杆120滑动连接的第一直线轴承1311，第二穿孔132内设有用于与移动杆140的第一滑动连接段141滑动连接的第二直线轴承1321，第一直线轴承1311和第二直线轴承1321具体可以但不限于为滚动轴承，从而使得固定头130分别滑动连接于支撑杆120和移动杆140。在该实施例中，支撑杆120的侧面和移动杆140的第一滑动连接段141的表面光滑，使得固定头130能在支撑杆120上顺畅地滑动，移动杆140能在固定头130上顺畅地滑动。

进一步地，作为本发明的一个具体实施方式，如图2与图3所示，第一紧固件160开设有通孔161，通孔161沿移动杆140的延伸方向贯穿第一紧固件160设置，通孔161的内壁包括螺纹连接于外螺纹段142的内螺纹段1611以及连接于内螺纹段1611的靠近固定头130的一端的第二滑动连接段1612，移动杆140的第一滑动连接段141与通孔161的第二滑动连接段1612滑动连接。在该实施例中，第一紧固件160可以但不限于为5cm，第二滑动连接段1612的表面光滑，使得移动杆140的第一滑动连接段141与通孔161的第二滑动连接段1612之间的滑动更加顺畅。

进一步地，作为本发明的一个具体实施方式，通孔161的第二滑动连接段1612的长度应大于弹性件150的最大压缩量，以保证弹性件150的弹力(预紧力)的调节范围。当然，根据实际情况的选择和具体需求，移动杆140的外螺纹段142的长度可以作适当调整，在此不作唯一限定。

进一步地，作为本发明的一个具体实施方式，如图2与图4所示，固定头130的侧面开设有与第一穿孔131连通的第三穿孔133，第二紧固件170为螺纹连接于第三穿孔133的螺纹件，第二紧固件170的一端经过第三穿孔133和第一直线轴承1311后伸入第一穿孔131并抵接在支撑杆120上，从而第二紧固件170可以将固定头130锁紧于支撑杆120上。可以理解的是，根据实际情况的选择和具体需求，第二紧固件170可以通过其它方式将固定头130锁紧于支撑杆120上，在此不作唯一限定。

进一步地，作为本发明的一个具体实施方式，如图1与图2所示，弹性件150套设于移动杆140的第一滑动连接段141外，本发明实施例的预紧力装置中，弹性件150可以为弹簧，移动杆140的直径略小于弹簧的直径，以便于将弹簧套设在移动杆140的第一滑动连接段141。当然，根据实际情况的选择和具体需求，弹性件150具体设置方式以及具体结构可以作适当调整，在此不作唯一限定。

进一步地，作为本发明的一个具体实施方式，为了保证测得弹簧的弹力的准确性，弹簧的压缩量应小于等于弹簧的长度的1/2，相应地，移动杆140的外螺纹段142的长度应大于弹性件150的最大压缩量，通孔161的第二滑动连接段1612的长度应大于弹性件150的最大压缩量，即移动杆140的外螺纹段142的长度和通孔161的第二滑动连接段1612的长度均要大于弹簧的长度的1/2。

本发明实施例的预紧力装置中，弹簧的长度为60mm～100mm，弹性系数为10N/mm～30N/mm，压缩量小于等于弹簧的长度的1/2，具体来说压缩量可以为10mm～30mm，例如，弹簧的长度为80mm，内径为11mm，外径为22mm，弹性系数为20.6N/mm，弹簧的压缩量范围为10mm～30mm，对应预紧力(弹力)为206N～618N。可以理解的是，根据实际情况的选择和具体需求，弹簧的具体参数可以做适当调整，在此不作唯一限定。

进一步地，作为本发明的一个具体实施方式，如图1所示，移动杆140的靠近基座110的一端设有第一绝缘件181，基座110对应第一绝缘件181设有第二绝缘件182，第一绝缘件181和第二绝缘件182具体可以但不限于为氧化铝陶瓷块，第一绝缘件181与第二绝缘件182之间形成用于放置压电驱动器200的测试工位190，第一绝缘件181的远离移动杆140的一面经抛光处理而呈光滑平整，第二绝缘件182的远离基座110的一面经抛光处理而呈光滑平整，防止压电驱动器200表面受力不均衡。此结构下，可以防止移动杆140接触压电驱动器200的正负极造成短路。

进一步地，作为本发明的一个具体实施方式，移动杆140的外螺纹段142的远离基座110的一端的表面抛光处理并用于设置位移传感器(图未示)，位移传感器用于动态监测压电驱动器200在预紧状态下的动态位移特性。

请结合图1-图4，本发明实施例还提供了一种预紧力装置调节方法，采用如上所述的预紧力装置进行调节，预紧力装置调节方法包括：

步骤S1、预设预紧力，计算弹性件150的压缩量的大小，弹性件150的压缩量的计算公式为：

其中，D为弹性件150的压缩量，G为预紧力，K为弹性件150的弹性系数；

步骤S2、参照支撑杆120上的刻度，使移动杆140相对固定头130沿支撑杆120的延伸方向朝远离基座110的方向滑动，弹性件150呈对应压缩量的压缩状态，采用第一紧固件160将移动杆140锁紧于固定头130上；

步骤S3、将压电驱动器200放置于测试工位190，固定头130相对于支撑杆120滑动，同时带动移动杆140移动，使得移动杆140的靠近基座110的一端抵接在压电驱动器200上，采用第二紧固件170将固定头130锁紧于支撑杆120上；

步骤S4、松开第一紧固件160，在弹性件150的弹力作用下，移动杆140朝压电驱动器200施加预紧力。需要说明的是，上述步骤S1中，弹性件150可以为市面购买的标准件，如弹簧等，其弹性系数是已知的；当然，根据实际情况的选择和具体需求，弹性件150也可以为其它结构件，只要在预紧力装置生产过程中测量弹性件150的弹性系数即可，即弹性件150的弹性系数为已知量。

本发明实施例的预紧力装置调节方法采用上述预紧力装置对压电驱动器200施加一定的预紧力，上述预紧力装置的结构简单，且可以对施加力进行测量及控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预紧力装置，用于压电驱动器，其特征在于，包括：

基座；

支撑杆，固定于所述基座上；

固定头，滑动连接于所述支撑杆上且位于所述基座的一侧，所述固定头能沿所述支撑杆的延伸方向靠近或远离所述基座；

移动杆，沿所述支撑杆的延伸方向滑动连接于所述固定头且与所述支撑杆平行，所述移动杆的靠近所述基座的一端与所述基座之间形成用于放置所述压电驱动器的测试工位；

弹性件，所述弹性件的靠近所述固定头的一端用于抵接在所述固定头上，所述弹性件的远离所述固定头的一端用于抵接在所述移动杆上，所述支撑杆设有用于显示所述弹性件的压缩量的刻度；

第一紧固件，用于将所述移动杆锁紧于所述固定头上；以及

第二紧固件，用于将所述固定头锁紧在所述支撑杆上。

2.如权利要求1所述的预紧力装置，其特征在于，所述固定头上设有供所述支撑杆穿过的第一穿孔以及供所述移动杆穿过的第二穿孔，所述支撑杆滑动连接于所述第一穿孔，所述移动杆滑动连接于所述第二穿孔。

3.如权利要求2所述的预紧力装置，其特征在于，所述移动杆包括滑动连接于所述第二穿孔的第一滑动连接段以及连接于所述第一滑动连接段的远离所述基座的一端且与所述第一紧固件螺纹连接的外螺纹段，所述第一紧固件设于所述固定头的远离所述基座的一侧。

4.如权利要求3所述的预紧力装置，其特征在于，所述第一紧固件开设有通孔，所述通孔的内壁包括螺纹连接于所述外螺纹段的内螺纹段以及连接于所述内螺纹段的靠近所述固定头的一端的第二滑动连接段。

5.如权利要求2所述的预紧力装置，其特征在于，所述固定头的侧面开设有与所述第一穿孔连通的第三穿孔，所述第二紧固件为螺纹连接于所述第三穿孔的螺纹件，所述第二紧固件的一端经过所述第三穿孔后伸入所述第一穿孔并抵接在所述支撑杆上。

6.如权利要求2所述的预紧力装置，其特征在于，所述第一穿孔内设有用于与所述支撑杆滑动连接的第一直线轴承，所述第二穿孔内设有用于与所述移动杆滑动连接的第二直线轴承。

7.如权利要求1所述的预紧力装置，其特征在于，所述弹性件套设于所述移动杆外，所述弹性件为弹簧。

8.如权利要求1-7任一项所述的预紧力装置，其特征在于，所述移动杆的靠近所述基座的一端设有第一绝缘件，所述基座对应所述第一绝缘件设有第二绝缘件，所述第一绝缘件与所述第二绝缘件之间形成用于放置所述压电驱动器的测试工位。

9.如权利要求1-7任一项所述的预紧力装置，其特征在于，所述移动杆的远离所述基座的一端的表面抛光处理并用于设置位移传感器，所述位移传感器用于动态监测所述压电驱动器的位移特性。

10.一种预紧力装置调节方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的预紧力装置进行调节，所述预紧力装置调节方法包括：

预设预紧力，计算所述弹性件的压缩量的大小，所述弹性件的压缩量的计算公式为：

其中，D为所述弹性件的压缩量，G为预紧力，K为所述弹性件的弹性系数；

参照所述支撑杆上的刻度，使所述移动杆相对所述固定头沿所述支撑杆的延伸方向朝远离所述基座的方向滑动，所述弹性件呈对应所述压缩量的压缩状态，采用所述第一紧固件将所述移动杆锁紧于所述固定头上；

将所述压电驱动器放置于所述测试工位，所述固定头相对于所述支撑杆滑动，同时带动所述移动杆移动，使得所述移动杆的靠近所述基座的一端抵接在所述压电驱动器上，采用所述第二紧固件将所述固定头锁紧于所述支撑杆上；

松开所述第一紧固件，在所述弹性件的弹力作用下，所述移动杆朝所述压电驱动器施加预紧力。

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