CN113381638A - 具有抗冲击过载功能的直线作动装置及作动方法 - Google Patents

具有抗冲击过载功能的直线作动装置及作动方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113381638A
CN113381638A CN202110599553.3A CN202110599553A CN113381638A CN 113381638 A CN113381638 A CN 113381638A CN 202110599553 A CN202110599553 A CN 202110599553A CN 113381638 A CN113381638 A CN 113381638A
Authority
CN
China
Prior art keywords
shell
impact
overload
linear
disc spring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110599553.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113381638B (zh
Inventor
韩文文
徐明龙
邵恕宝
宋思扬
刘开园
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202110599553.3A priority Critical patent/CN113381638B/zh
Publication of CN113381638A publication Critical patent/CN113381638A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113381638B publication Critical patent/CN113381638B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04—Constructional details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00—Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/04—Ball or roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems

Abstract

具有抗冲击过载功能的直线作动装置及作动方法，该装置包括外壳，嵌套在外壳直线轴承安装槽内的直线轴承套筒，嵌套在直线轴承套筒内的光轴，安装在碟簧安装槽内的碟簧，穿过碟簧内孔和作动导向孔与光轴连接的碟簧预紧杆，依次布置在碟簧预紧杆下部的推力球轴承、钢珠安装槽和钢珠，上端与钢珠接触且布置在外壳内腔的三个依次串联且具有抗冲击过载功能和自传感功能的驱动元件，布置在三个驱动元件下端且安装在外壳下端的底座，安装在底座内的预紧顶丝；对驱动元件施加电压可实现作动装置直线作动，同时，驱动元件的传感单元产生传感信号用以闭环控制，本发明作动装置驱动传感一体化设计，具有抗冲击过载功能，可实现高精度直线作动。

Description

具有抗冲击过载功能的直线作动装置及作动方法
技术领域
本发明属于精密仪器技术领域，具体涉及具有抗冲击过载功能的直线作动装置及作动方法。
技术背景
随着航天工程等学科的迅速发展，高精度直线调节机构在天文望远镜镜面调节、空间天线的高精度调整，太空结构的振动控制与抑制等方面得到了广泛应用，并发挥着日益重要的作用。
以音圈电机为核心器件的电磁类作动装置，往往具有体积大，工作时有电磁泄漏，且位置保持时功耗大、发热严重等不足。
压电作动器具有尺寸小、重量轻、功耗低、响应快、作动精度高、输出力大、发热小等特点，广泛应用于高精度调节和作动机构中。
现有压电式直线作动装置不具有在火箭发射阶段以及空间爆炸解锁过程中保护作动装置内部压电推因冲击过载而发生破坏的功能。
采用应变计粘贴在压电堆侧面组全桥的间接传感方式可实现直线作动器在保证传感精度的前提下做到传感器轻型化设计。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供具有抗冲击过载功能的直线作动装置及作动方法，该作动装置驱动传感一体化设计，结构紧凑，具有抗冲击过载功能，可实现负载高精度直线作动。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
具有抗冲击过载功能的直线作动装置，该装置包括内部从上至下开有外壳直线轴承安装槽1-1、外壳作动导向孔1-4、外壳碟簧安装槽1-3和外壳内腔1-5的外壳1，嵌套在外壳直线轴承安装槽1-1内且安装在外壳上法兰盘1-2上的直线轴承套筒2，嵌套在直线轴承套筒2内腔的光轴3，安装在外壳碟簧安装槽1-3内的碟簧4，穿过碟簧内孔4-1和外壳作动导向孔1-4与光轴3通过螺纹连接的碟簧预紧杆5，布置在碟簧预紧杆5下部的推力球轴承6，布置在推力球轴承6下部的钢珠安装槽7，布置在钢珠安装槽7下部的钢珠8，上端与钢珠8接触且布置在外壳内腔1-5的三个依次串联的第一驱动元件9、第二驱动元件10和第三驱动元件11，布置在三个相互串联的驱动元件下端且安装在外壳1下端的底座12，端部安装在底座内部的预紧顶丝13，安装在外壳底部侧面格兰头安装孔1-6内的格兰头14；
所述第一驱动元件9由上端抗冲击过载柔性铰链9-1，顶部嵌套在抗冲击过载柔性铰链9-1内部的菱形环9-2，嵌套在菱形环9-2内部的压电堆9-3，粘贴在压电堆两侧的第一传感单元9-4和第二传感单元9-5所组成；所述第二驱动元件10、第三驱动元件11与第一驱动元件9结构相同。
所述抗冲击过载柔性铰链9-1由上部安装平台9-6，中部环形柔性铰链9-7、下部“V”形安装槽9-8一体加工而成；
所述菱形环9-2由两侧镂空的圆弧形菱形环9-9，布置在圆弧形菱形环9-9两端的第一安装法兰9-10和第二安装法兰9-11所组成。
所述外壳1与底座12之间，抗冲击过载柔性铰链9-1和菱形环9-2之间均采用螺钉连接方式连接；所述第一驱动元件9与外壳1之间，第二驱动元件10与外壳1之间，第三驱动元件11与外壳1之间均采用顶丝连接方式连接。
所述的具有抗冲击过载功能的直线作动装置的作动方法，该直线作动装置通过旋转预紧顶丝13对三个相互串联的驱动元件和碟簧4施加预紧力实现作动装置的作动刚度；对三个依次串联的驱动元件施加电压即可实现该作动装置沿轴向直线作动，同时，驱动元件的传感单元产生传感信号用以闭环反馈控制；所述抗冲击过载柔性铰链9-1具有较小的轴向刚度和较大的径向刚度大的特点，在保证该直线作动装置拥有较大的直线位移输出的同时，使得直线作动装置在承受径向冲击过载时避免作动装置内部压电堆因受较大横向剪切力发生破坏。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1)实现驱动传感一体化设计，结构紧凑，重量轻。
2)采用抗冲击过载柔性铰链和菱形环相互配合的方式实现直线作动器抗冲击过载功能。
3)作动器内部添加钢珠成功卸载复杂工况中压电堆可能承受的剪切力。
4)采用陶瓷压电驱动，功耗低、响应快。
附图说明
图1为本发明调节装置剖视图。
图2为作动装置外壳剖视图。
图3为碟簧示意图。
图4为作动装置第一驱动元件剖视图。
图5为抗冲击过载柔性铰链立体图。
图6为菱形环立体图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示为具有抗冲击过载功能的直线作动装置的剖面图，该装置包括内部从上至下开有外壳直线轴承安装槽1-1、外壳作动导向孔1-4、外壳碟簧安装槽1-3和外壳内腔1-5的外壳1，如图2所示，嵌套在外壳直线轴承安装槽1-1且安装在外壳上法兰盘1-2上的直线轴承套筒2，嵌套在直线轴承套筒2内腔的光轴3，安装在外壳碟簧安装槽1-3内的碟簧4，穿过如图3所示碟簧内孔4-1和外壳作动导向孔1-4与光轴3通过螺纹连接的碟簧预紧杆5，布置在碟簧预紧杆5下部的推力球轴承6，布置在推力球轴承6下部的钢珠安装槽7，布置在钢珠安装槽7下部的钢珠8，上端与钢珠8接触且布置在外壳内腔1-5的三个依次串联的第一驱动元件9、第二驱动元件10和第三驱动元件11，布置在三个相互串联的驱动元件下端且安装在外壳1下端的底座12，安装在底座内部的预紧顶丝13，端部安装在外壳底部侧面格兰头安装孔1-6内的格兰头14；
如图3所示为碟簧4的示意图，其中部为碟簧内孔4-1。
如图4所示为，第一驱动元件9由上端抗冲击过载柔性铰链9-1，顶部嵌套在抗冲击过载柔性铰链9-1内部的菱形环9-2，嵌套在菱形环9-2内部的压电堆9-3，粘贴在压电堆两侧的第一传感单元9-4和第二传感单元9-5所组成；所述第二驱动元件10、第三驱动元件11与第一驱动元件9结构相同。
如图5所示，抗冲击过载柔性铰链9-1由上部安装平台9-6，中部环形柔性铰链9-7、下部“V”形安装槽9-8一体加工而成；
如图6所示，菱形环9-2由两侧镂空的圆弧形菱形环9-9，布置在圆弧形菱形环9-9两端的第一安装法兰9-10和第二安装法兰9-11所组成。
作为本发明的优选实施方式，所述外壳1与底座12之间，抗冲击过载柔性铰链9-1和菱形环9-2之间均采用螺钉连接方式连接；所述第一驱动元件9与外壳1之间，第二驱动元件10与外壳1之间，第三驱动元件11与外壳1之间均采用顶丝连接方式连接。
本发明所述的具有抗冲击过载功能的直线作动装置的作动方法，该直线作动装置通过旋转预紧顶丝13对三个相互串联的驱动元件和碟簧4施加预紧力实现作动装置的作动刚度；对三个依次串联的驱动元件施加电压即可实现该作动装置沿轴向直线作动，同时，驱动单元的传感单元产生传感信号用以闭环反馈控制；所述抗冲击过载柔性铰链9-1具有较小的轴向刚度和较大的径向刚度大的特点，在保证该直线作动装置拥有较大的直线位移输出的同时，使得直线作动装置在承受径向冲击过载时避免作动装置内部压电堆因受较大横向剪切力发生破坏。
该作动装置驱动传感一体化设计，轻型化设计，结构紧凑，具有抗冲击过载功能，具有重量轻、传感精度高、能快速响应的特点，可实现负载高精度直线作动。

Claims (4)

1.具有抗冲击过载功能的直线作动装置，其特征在于，该装置包括内部从上至下开有外壳直线轴承安装槽(1-1)、外壳作动导向孔(1-4)、外壳碟簧安装槽(1-3)和外壳内腔(1-5)的外壳(1)，嵌套在外壳直线轴承安装槽(1-1)内且安装在外壳上法兰盘(1-2)上的直线轴承套筒(2)，嵌套在直线轴承套筒(2)内腔的光轴(3)，安装在外壳碟簧安装槽(1-3)内的碟簧(4)，穿过碟簧内孔(4-1)和外壳作动导向孔(1-4)与光轴(3)通过螺纹连接的碟簧预紧杆(5)，布置在碟簧预紧杆(5)下部的推力球轴承(6)，布置在推力球轴承(6)下部的钢珠安装槽(7)，布置在钢珠安装槽(7)下部的钢珠(8)，上端与钢珠(8)接触且布置在外壳内腔(1-5)的三个依次串联的第一驱动元件(9)、第二驱动元件(10)和第三驱动元件(11)，布置在三个相互串联的驱动元件下端且安装在外壳(1)下端的底座(12)，安装在底座内部的预紧顶丝(13)，端部安装在外壳底部侧面格兰头安装孔(1-6)内的格兰头(14)；
所述第一驱动元件(9)由上端抗冲击过载柔性铰链(9-1)，顶部嵌套在抗冲击过载柔性铰链(9-1)内部的菱形环(9-2)，嵌套在菱形环(9-2)内部的压电堆(9-3)，粘贴在压电堆两侧的第一传感单元(9-4)和第二传感单元(9-5)所组成；所述第二驱动元件(10)、第三驱动元件(11)与第一驱动元件(9)结构相同。
2.根据权利要求1所述的具有抗冲击过载功能的直线作动装置，其特征在于：所述抗冲击过载柔性铰链(9-1)由上部安装平台(9-6)，中部环形柔性铰链(9-7)、下部“V”形安装槽(9-8)一体加工而成；
所述菱形环(9-2)由两侧镂空的圆弧形菱形环(9-9)，布置在圆弧形菱形环(9-9)两端的第一安装法兰(9-10)和第二安装法兰(9-11)所组成。
3.根据权利要求1所述的具有抗冲击过载功能的直线作动装置，其特征在于：所述外壳(1)与底座(12)之间，抗冲击过载柔性铰链(9-1)和菱形环(9-2)之间均采用螺钉连接方式连接；所述第一驱动元件(9)与外壳(1)之间，第二驱动元件(10)与外壳(1)之间，第三驱动元件(11)与外壳(1)之间均采用顶丝连接方式连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的具有抗冲击过载功能的直线作动装置的作动方法，其特征在于：该直线作动装置通过旋转预紧顶丝(13)对三个相互串联的驱动元件和碟簧(4)施加预紧力实现作动装置的作动刚度；对三个依次串联的驱动元件施加电压实现作动装置沿轴向直线作动，同时，驱动元件的传感单元产生传感信号用以闭环反馈控制；所述抗冲击过载柔性铰链(9-1)具有较小的轴向刚度和较大的径向刚度大的特点，在保证该直线作动装置拥有较大的直线位移输出的同时，使得直线作动装置在承受径向冲击过载时避免作动装置内部压电堆因受较大横向剪切力发生破坏。
CN202110599553.3A 2021-05-31 2021-05-31 具有抗冲击过载功能的直线作动装置及作动方法 Active CN113381638B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110599553.3A CN113381638B (zh) 2021-05-31 2021-05-31 具有抗冲击过载功能的直线作动装置及作动方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110599553.3A CN113381638B (zh) 2021-05-31 2021-05-31 具有抗冲击过载功能的直线作动装置及作动方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113381638A true CN113381638A (zh) 2021-09-10
CN113381638B CN113381638B (zh) 2023-10-24

Family

ID=77574994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110599553.3A Active CN113381638B (zh) 2021-05-31 2021-05-31 具有抗冲击过载功能的直线作动装置及作动方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113381638B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02276938A (ja) * 1989-01-04 1990-11-13 Inst Fur Produkzionstechnik Karlsruhe Gmbh ころがり軸受又はスピンドルナツトの軸方向プレロードを調整する装置
EP2680334A1 (de) * 2012-06-28 2014-01-01 Leica Geosystems AG Piezo-Antrieb mit drehgelenkgelagertem Piezooszillator
JP2017098383A (ja) * 2015-11-20 2017-06-01 日本特殊陶業株式会社 圧電アクチュエータ
CN107154747A (zh) * 2017-06-05 2017-09-12 西安交通大学 一种基于柔性放大结构的径向压电驱动器
CN107863900A (zh) * 2017-12-04 2018-03-30 合肥工业大学 一种微型冲击式压电驱动的耦合装置
CN108199614A (zh) * 2018-01-29 2018-06-22 长春工业大学 双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机及其驱动方法
CN108512457A (zh) * 2018-04-19 2018-09-07 西安交通大学 具有位移感知功能的直线式惯性压电作动器及作动方法
CN109356960A (zh) * 2018-11-23 2019-02-19 哈尔滨工业大学 一种基于压电致动器的机械轴系回转误差主动补偿装置
CN111412348A (zh) * 2019-01-04 2020-07-14 斯凯孚公司 悬架组件

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02276938A (ja) * 1989-01-04 1990-11-13 Inst Fur Produkzionstechnik Karlsruhe Gmbh ころがり軸受又はスピンドルナツトの軸方向プレロードを調整する装置
EP2680334A1 (de) * 2012-06-28 2014-01-01 Leica Geosystems AG Piezo-Antrieb mit drehgelenkgelagertem Piezooszillator
JP2017098383A (ja) * 2015-11-20 2017-06-01 日本特殊陶業株式会社 圧電アクチュエータ
CN107154747A (zh) * 2017-06-05 2017-09-12 西安交通大学 一种基于柔性放大结构的径向压电驱动器
CN107863900A (zh) * 2017-12-04 2018-03-30 合肥工业大学 一种微型冲击式压电驱动的耦合装置
CN108199614A (zh) * 2018-01-29 2018-06-22 长春工业大学 双向微位移放大型精密压电粘滑直线电机及其驱动方法
CN108512457A (zh) * 2018-04-19 2018-09-07 西安交通大学 具有位移感知功能的直线式惯性压电作动器及作动方法
CN109356960A (zh) * 2018-11-23 2019-02-19 哈尔滨工业大学 一种基于压电致动器的机械轴系回转误差主动补偿装置
CN111412348A (zh) * 2019-01-04 2020-07-14 斯凯孚公司 悬架组件

Also Published As

Publication number Publication date
CN113381638B (zh) 2023-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO1998045886A2 (en) High-efficiency, large stroke electromechanical actuator
JPH05240241A (ja) スピンドルモータ
Anderson et al. Development of an active truss element for control of precision structures
Anderson et al. Development of an active member using piezoelectric and electrostrictive actuation for control of precision structures
US6422757B1 (en) Active piezoelectric spindle bearing preload adjustment mechanism
CN107622786B (zh) 两级压电驱动微纳定位平台
CN113381638A (zh) 具有抗冲击过载功能的直线作动装置及作动方法
US5359252A (en) Lead magnesium niobate actuator for micropositioning
CN114200634A (zh) 一种空间相机指向反射镜组件
CN116647142A (zh) 基于接触电阻的预紧力可调输出力可控的作动装置及方法
CN110707963B (zh) 基于惯性式原理驱动可自锁大推力直线作动器及作动方法
Marth et al. Development of a compact high-load PZT-ceramic long-travel linear actuator with picometer resolution for active optical alignment applications
JP4992182B2 (ja) 回転機構付軸方向微動装置
CN111216108B (zh) 一种基于压电驱动的多状态并联多自由度运动平台
JP7373574B2 (ja) 電気機械式リニアドライブ
US6862122B1 (en) High speed scanning or steering device
CN112290824A (zh) 一种具有大推力的螺纹式压电直线作动器及其工作方法
US7465120B2 (en) Wedge mechanism
CN113212801A (zh) 内嵌应变传感的正应力电磁式二维偏转调节装置及方法
Anderson et al. Hexapods for precision motion and vibration control
JP2576691B2 (ja) 振動アイソレーション装置
CN112366977B (zh) 一种大推力大行程压电尺蠖作动器及其驱动方法
CN110501524A (zh) 超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台
JP2007078110A (ja) 直線作動機
CN212305001U (zh) 一种紧凑型机电作动器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant