CN112600459A - 基于静摩擦的直线压电传动装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于静摩擦的直线压电传动装置及其工作方法，该装置包含包含壳体、3个直线轴承、输出轴、8个安装座和8个压电驱动模块。输出轴为光柱；压电驱动模块包含2个用于给输出轴施加相反推力的压电驱动单元，压电驱动单元包含依次相连的第一柔性铰链、压电促动器、第二柔性铰链和摩擦块。通过控制压电促动器运动的时序，使摩擦块产生固定步序的周期运动，在摩擦块与输出轴间静摩擦力的作用下使输出轴产生正反、向直线运动，从而实现装置的正、反向运动工作。本发明可靠性高、输出推力大、精度高，通用性较好，易于推广，具有良好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及压电驱动领域，尤其涉及一种基于静摩擦的直线压电传动装置及其工作方法。
背景技术
压电传动装置是一种基于压电效应和超声振动的作动器，因其相应速度快、精度高、无极调速等特点，在航空航天领域具有极其广泛的应用。但是，因其功率较小的原因，导致其使用过程中只能作为微小型部件的传动件。因此，如何增大压电传动机构的功率、如何进一步提高输出推力及负载力成了压电作动器进一步拓宽应用范围、提高装置性能所面临的主要问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于静摩擦的直线压电传动装置及其工作方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
基于静摩擦的直线压电传动装置，包含壳体、第一至第三直线轴承、输出轴、第一至第八安装座、以及第一至第八压电驱动模块；
所述输出轴在两端均设有用于和外部相连的连接键；
所述壳体为两端封闭的空心圆柱体，包含第一端壁、第二端壁和侧壁，且第一端壁和第二端壁之间设有固定板、将壳体内的空腔等分为两个腔体；
所述第一端壁、第二端壁、固定板的中心分别和所述第一至第三直线轴承一一对应的安装孔，所述第一至第三直线轴承一一对应安装在所述第一端壁、第二端壁、固定板中心的安装孔中；
所述输出轴通过第一至第三直线轴承和所述壳体相连，能够相对壳体自由滑动；
所述第一至第四安装座周向均匀设置在所述第一端壁、固定板之间侧壁的内壁上，所述第五至第八安装座周向均匀设置在所述固定板、第二端壁之间侧壁的内壁上；
所述第一至第八压电驱动模块均包含第一压电驱动单元和第二压电驱动单元；
所述第一压电驱动单元和第二压电驱动单元结构相同，均包含第一柔性铰链、压电促动器、第二柔性铰链和摩擦块；所述摩擦块包含连接部和摩擦部，其中，所述摩擦部为和所述输出轴侧壁相匹配的弧面、用于抵住输出轴侧壁并通过静摩擦带动输出轴滑动；所述连接部一端和所述摩擦部相连、另一端和所述第二柔性铰链的一端相连；所述压电促动器一端和所述第二柔性铰链的另一端相连、另一端和所述第一柔性铰链的一端相连；所述第一、第二柔性铰链均用于弯曲转向、以保证摩擦块和输出轴间不发生滑动摩擦；
所述第一至第八压电驱动模块一一对应设置在所述第一至第八安装座上，其中，第一压电驱动单元、第二压电驱动单元中第一柔性铰链的另一端均和其对应的安装座固连，第一压电驱动单元、第二压电驱动单元中摩擦块的摩擦部均和输出轴同轴设置且间距为预设的第一距离阈值l 1；第一压电驱动单元、第二压电驱动单元均用于向输出轴施加推力，且第一压电驱动单元、第二压电驱动单元施加的推力大小相同、方向相反。
本发明还公开了一种该基于静摩擦的直线压电传动装置的工作方法，包含如下步骤：
步骤1），驱动第一至第四压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向伸长，使得第一至第四压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴相抵；
步骤2），继续驱动第一至第四压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向伸长，此时，第一至第四压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴在静摩擦力的作用下保持相互静止，带动输出轴朝轴向方向平动预设的第二距离阈值l 2；
步骤3），驱动第五至第八压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向伸长，使得第五至第八压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴相抵；
步骤4），驱动第一至第四压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向缩短，使得第一至第四压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴脱离、间距为预设的第一距离阈值l 1；
步骤5），继续驱动第五至第八压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向伸长，此时，第五至第八压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴在静摩擦力的作用下保持相互静止，带动输出轴朝轴向方向平动距离l 2；
步骤6），驱动第一至第四压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向伸长，使得第一至第四压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴相抵；
步骤7），驱动第五至第八压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向缩短，使得第五至第八压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴脱离、间距为预设的第一距离阈值l 1；
步骤8），重复执行步骤2）至步骤7），直至直线压电传动装置输出距离等于目标距离。
在一个正向运动周期内，直线压电传动装置的输出轴共伸长l 2+l 2的长度，反向原理相同。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 本发明通过设置多组压电促动器，在其巨大输出力作用下，依靠静摩擦力带动输出轴正向或反向输出，从而实现装置大推力目的；
2. 本发明由于采用压电促动器作为激励源，因此其响应速度快、精度较高，并可通过改变输入频率从而进行速度调节。
附图说明
图1是本发明的外观示意图；
图2是本发明的结构剖视示意图；
图3是本发明中输出轴的结构示意图；
图4是本发明中壳体的外观示意图；
图5是本发明中壳体的剖视示意图；
图6是本发明中第一压电驱动模块中第一压电驱动单元的第一柔性铰链的结构示意图；
图7是本发明中的第一压电驱动模块中第一压电驱动单元的摩擦块的结构示意图；
图8是本发明中第一至第八压电驱动模块相配合的结构示意图；
图9是本发明的驱动工作原理图。
图中，1-输出轴，2-壳体，3-第三安装座，4-第一压电驱动模块中第一压电驱动单元的摩擦块，5-第一压电驱动模块中第一压电驱动单元的第二柔性铰链，6-第一压电驱动模块中第一压电驱动单元的压电促动器，7-第五压电驱动模块中第一压电驱动单元的摩擦块，8-第五压电驱动模块中第一压电驱动单元的第二柔性铰链，9-第五压电驱动模块中第一压电驱动单元的压电促动器，10-第三压电驱动模块中第二压电驱动单元的压电促动器，11-第三压电驱动模块中第二压电驱动单元的第一柔性铰链，12-第七压电驱动模块中第二压电驱动单元的摩擦块，13-第七压电驱动模块中第二压电驱动单元的压电促动器，14-第七压电驱动模块中第二压电驱动单元的第二柔性铰链，15-第七压电驱动模块中第二压电驱动单元的摩擦块，16-第一直线轴承，17-第二直线轴承，18-第三直线轴承，19-固定板，20-连接键。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
如图1、图2所示，本发明公开了一种基于静摩擦的直线压电传动装置，包含壳体、第一至第三直线轴承、输出轴、第一至第八安装座、以及第一至第八压电驱动模块。
如图3所示，所述输出轴在两端均设有用于和外部相连的连接键。
如图4、图5所示，所述壳体为两端封闭的空心圆柱体，包含第一端壁、第二端壁和侧壁，且第一端壁和第二端壁之间设有固定板、将壳体内的空腔等分为两个腔体；
所述第一端壁、第二端壁、固定板的中心分别和所述第一至第三直线轴承一一对应的安装孔，所述第一至第三直线轴承一一对应安装在所述第一端壁、第二端壁、固定板中心的安装孔中；
所述输出轴通过第一至第三直线轴承和所述壳体相连，能够相对壳体自由滑动；
所述第一至第四安装座周向均匀设置在所述第一端壁、固定板之间侧壁的内壁上，所述第五至第八安装座周向均匀设置在所述固定板、第二端壁之间侧壁的内壁上。
如图8所示，所述第一至第八压电驱动模块均包含第一压电驱动单元和第二压电驱动单元。
所述第一压电驱动单元和第二压电驱动单元结构相同，均包含第一柔性铰链、压电促动器、第二柔性铰链和摩擦块；如图7所示，所述摩擦块包含连接部和摩擦部，其中，所述摩擦部为和所述输出轴侧壁相匹配的弧面、用于抵住输出轴侧壁并通过静摩擦带动输出轴滑动；所述连接部一端和所述摩擦部相连、另一端和所述第二柔性铰链的一端相连；所述压电促动器一端和所述第二柔性铰链的另一端相连、另一端和所述第一柔性铰链的一端相连；所述第一、第二柔性铰链均用于弯曲转向、以保证摩擦块和输出轴间不发生滑动摩擦，第一柔性铰链的结构如图6所示。
所述第一至第八压电驱动模块一一对应设置在所述第一至第八安装座上，其中，第一压电驱动单元、第二压电驱动单元中第一柔性铰链的另一端均和其对应的安装座固连，第一压电驱动单元、第二压电驱动单元中摩擦块的摩擦部均和输出轴同轴设置且间距为预设的第一距离阈值l 1；第一压电驱动单元、第二压电驱动单元均用于向输出轴施加推力，且第一压电驱动单元、第二压电驱动单元施加的推力大小相同、方向相反。
如图9所示，本发明还公开了一种该基于静摩擦的直线压电传动装置的工作方法，包含如下步骤：
步骤1），驱动第一至第四压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向伸长，使得第一至第四压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴相抵；
步骤2），继续驱动第一至第四压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向伸长，此时，第一至第四压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴在静摩擦力的作用下保持相互静止，带动输出轴朝轴向方向平动预设的第二距离阈值l 2；
步骤3），驱动第五至第八压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向伸长，使得第五至第八压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴相抵；
步骤4），驱动第一至第四压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向缩短，使得第一至第四压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴脱离、间距为预设的第一距离阈值l 1；
步骤5），继续驱动第五至第八压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向伸长，此时，第五至第八压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴在静摩擦力的作用下保持相互静止，带动输出轴朝轴向方向平动距离l 2；
步骤6），驱动第一至第四压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向伸长，使得第一至第四压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴相抵；
步骤7），驱动第五至第八压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向缩短，使得第五至第八压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴脱离、间距为预设的第一距离阈值l 1；
步骤8），重复执行步骤2）至步骤7），直至直线压电传动装置输出距离等于目标距离。
在一个正向运动周期内，直线压电传动装置的输出轴共伸长l 2+l 2的长度，反向原理相同。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.基于静摩擦的直线压电传动装置，其特征在于，包含壳体、第一至第三直线轴承、输出轴、第一至第八安装座、以及第一至第八压电驱动模块；
所述输出轴在两端均设有用于和外部相连的连接键；
所述壳体为两端封闭的空心圆柱体，包含第一端壁、第二端壁和侧壁，且第一端壁和第二端壁之间设有固定板、将壳体内的空腔等分为两个腔体；
所述第一端壁、第二端壁、固定板的中心分别和所述第一至第三直线轴承一一对应的安装孔，所述第一至第三直线轴承一一对应安装在所述第一端壁、第二端壁、固定板中心的安装孔中；
所述输出轴通过第一至第三直线轴承和所述壳体相连，能够相对壳体自由滑动；
所述第一至第四安装座周向均匀设置在所述第一端壁、固定板之间侧壁的内壁上，所述第五至第八安装座周向均匀设置在所述固定板、第二端壁之间侧壁的内壁上；
所述第一至第八压电驱动模块均包含第一压电驱动单元和第二压电驱动单元；
所述第一压电驱动单元和第二压电驱动单元结构相同，均包含第一柔性铰链、压电促动器、第二柔性铰链和摩擦块；所述摩擦块包含连接部和摩擦部，其中，所述摩擦部为和所述输出轴侧壁相匹配的弧面、用于抵住输出轴侧壁并通过静摩擦带动输出轴滑动；所述连接部一端和所述摩擦部相连、另一端和所述第二柔性铰链的一端相连；所述压电促动器一端和所述第二柔性铰链的另一端相连、另一端和所述第一柔性铰链的一端相连；所述第一、第二柔性铰链均用于弯曲转向、以保证摩擦块和输出轴间不发生滑动摩擦；
所述第一至第八压电驱动模块一一对应设置在所述第一至第八安装座上，其中，第一压电驱动单元、第二压电驱动单元中第一柔性铰链的另一端均和其对应的安装座固连，第一压电驱动单元、第二压电驱动单元中摩擦块的摩擦部均和输出轴同轴设置且间距为预设的第一距离阈值l 1；第一压电驱动单元、第二压电驱动单元均用于向输出轴施加推力，且第一压电驱动单元、第二压电驱动单元施加的推力大小相同、方向相反。
2.基于要求1所述的基于静摩擦的直线压电传动装置的工作方法，其特征在于，包含如下步骤：
步骤1），驱动第一至第四压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向伸长，使得第一至第四压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴相抵；
步骤2），继续驱动第一至第四压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向伸长，此时，第一至第四压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴在静摩擦力的作用下保持相互静止，带动输出轴朝轴向方向平动预设的第二距离阈值l 2；
步骤3），驱动第五至第八压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向伸长，使得第五至第八压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴相抵；
步骤4），驱动第一至第四压电驱动模块的第一压电驱动单元工作使其轴向缩短，使得第一至第四压电驱动模块中第一压电驱动单元摩擦块的摩擦部和输出轴脱离、间距为预设的第一距离阈值l 1；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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