CN115021614A - 一种预紧力可调机构和压电驱动微进给装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种预紧力可调机构，包括机体框架和弹性梁平台，所述弹性梁平台包括平台和弹性梁，所述平台通过弹性梁与所述机体框架连接；预紧螺栓，与所述机体框架上设置的螺纹孔配合，用于调节所述平台位置，所述平台第一端面设置有压电促动器的安装位置。本公开采用弯曲弹性梁结构的平台承载压电促动器，在进行预紧之前能够提供一定的初始预紧力，使得结构紧凑，占用空间少，并且通过预紧螺栓对平台而非压电促动器进行调节，有效防止了压电促动器在使用中受到非轴向力、扭矩等而发生损坏。
Description
技术领域
本公开涉及压电驱动技术领域，具体涉及一种预紧力可调机构和压电驱动微进给装置。
背景技术
压电促动器应用于精密仪器中，实现纳米级位移驱动、力驱动或谐振驱动等。在使用压电促动器的过程中，为了避免动态载荷对压电促动器造成损坏，需要对压电促动器施加预紧力，并且保证压电促动器能够带动其位移输出端自由伸长与收缩。
目前市场上的机械封装的压电促动器大多采用封闭式封装，将压电促动器放置于狭小的封闭空间内，压电促动器的位移输出端设置在外部，实现对压电叠堆型压电驱动器的预紧与位移驱动功能。如中国专利公布号CN102619821A，其主要特性是在机体框架凹槽中设置压电陶瓷、静楔块、动楔块及螺钉，通过螺钉往下拧，动楔块下压推动静楔块，从而预紧压电陶瓷，但不足之处是楔块不能提供初始的预紧力，用户不能自行调整预紧力大小，动楔块下压可能使静楔块移动方向与压电陶瓷几何轴线方向不一致，损坏压电陶瓷。中国专利公布号CN203476938U，其主要特性是压紧螺钉位于压块内的横向螺纹内，且螺钉头位于压块与固定块之间，通过退却旋转至与固定块压紧，靠压紧螺钉与固定块的反作用预紧压电陶瓷，此发明操作方便，但不足之处是压紧螺钉旋转会对压电陶瓷产生一定的扭矩。
发明内容
本公开提供一种预紧力可调机构和压电驱动微进给装置，能够解决现有技术中对压电促动器预紧之前不能提供一定的初始预紧力，容易损坏压电陶瓷的技术问题，本公开提供如下技术方案：
作为本公开实施例的一个方面，提供一种预紧力可调机构，包括：
机体框架；
弹性梁平台，包括平台和弹性梁，所述平台通过所述弹性梁与所述机体框架连接；
预紧螺栓，与所述机体框架上设置的螺纹孔配合，用于调节所述平台位置，所述平台第一端面设置有压电促动器的安装位置。
较佳地，所述弹性梁为直线或弯曲型形状。
较佳地，弯曲型形状的所述弹性梁为S型或Z型弯曲结构。
较佳地，两个所述弹性梁与所述平台的中心轴线呈中心对称。
较佳地，所述预紧力可调机构还包括盖板，所述盖板沿所述平台运动方向移动并可拆卸的与所述平台连接。
较佳地，所述盖板上设置有铰制孔，所述铰制孔与所述平台上设置的光孔相配合使用；和/或，所述盖板上设置有定位孔，所述定位孔用于与定位螺栓配合将所述盖板固定在所述机体框架上，所述机体框架上设置有滑槽，以实现配合所述盖板移动时采用定位螺栓将所述定位孔和所述滑槽固定。
较佳地，所述预紧螺栓一端抵接所述平台第二端面，所述平台第二端面与所述平台第一端面相对，所述螺纹孔设置在所述平台的中心轴线和机体框架相交的位置；
或，所述预紧力可调机构还包括两个楔块，所述两个楔块的楔尖相对抵接所述平台第二端面，并且所述两个楔块的对接处与所述平台的中心轴线重合，所述预紧螺栓和所述螺纹孔为两个且位于所述两个楔块两侧，所述预紧螺栓用于调节所述两个楔块以实现预紧力调节。
作为本公开实施的另一方面，提供一种压电驱动微进给装置，包括上述的预紧力可调机构以及安装在所述安装位置上的压电促动器。
较佳地，所述压电促动器的输出端通过柔性直圆形铰链连接柔性导向机构。
较佳地，所述柔性导向机构、所述柔性直圆形铰链和所述机体框架一体加工得到，所述柔性导向机构、所述柔性直圆形铰链和所述压电促动器的中心轴线在一条直线上，所述柔性导向机构通过四个边与所述机体框架相连，其中，所述柔性导向机构和所述四个边组成的形状关于所述平台的中心轴线呈中心对称结构。
本公开采用弯曲弹性梁结构的平台承载压电促动器，在进行预紧之前能够提供一定的初始预紧力，使得结构紧凑，占用空间少，并且通过预紧螺栓对平台而非压电促动器进行调节，有效防止了压电促动器在使用中受到非轴向力、扭矩等而发生损坏，同时使用盖板进一步增加了弹性梁平台的稳定性，防止预紧螺栓在调节到位时由于预紧力的反作用力使得预紧螺栓在螺纹孔内的反向微位移而使得预紧力调节不精准。在压电驱动器工作时，关于中心轴线对称的直圆型柔性铰链和四柔性导向机构会一定量的放大其输出运动规律。此外，结构一体化的机体也方便与底座、被驱动件安装，此装置整体结构简单，可重复利用性强，适用于高精度纳米驱动、高频谐振驱动和高精密定位系统中。
附图说明
图1是预紧力可调机构为预紧螺栓的示意图；
图2是预紧力可调机构和盖板的示意图；
图3是盖板的示意图；
图4是预紧力可调机构为楔块与推动螺栓组成的示意图；
1.机体框架、2.平台、3.弹性梁、4.预紧螺栓、5.压电促动器、6.中心轴线、7.盖板、8.铰制孔、9.定位孔、10.滑槽、11.楔块、12.柔性直圆形铰链、13.柔性导向机构、14.安装孔、15.光孔。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例公开一种预紧力可调机构，包括：机体框架1，为一体化加工而成的结构，方便机体框架1与底座、被驱动件安装，所述机体框架1关于中心轴线6对称，且左右两侧各加工出两个安装孔14，机体框架1通过螺栓经安装孔14固定到底座，所述机体框架1的材质为钢，比如碳钢碳钢(65Mn)或弹簧钢(60Si2Mn)；弹性梁平台，包括平台2和弹性梁3，所述平台2通过弹性梁3与所述机体框架1连接，所述弹性梁3为直线或弯曲型形状，弯曲型形状的所述弹性梁可以为S型或Z型弯曲结构，或者如附图1中所示的结构相关的其他弹性结构，所述弹性梁3的一端连接所述平台2，所述弹性梁3的另一端连接所述机体框架1，所述弹性梁3与所述平台2的连接点和所述弹性梁3与所述机体框架1的连接点可以在一条直线上，也可以不在一条直线上，所以弹性梁3产生的变形回弹力作用到所述平台2上，给所述平台2一定量的初始预紧力；预紧螺栓4，与所述机体框架1底部设置的螺纹孔配合，通过旋转预紧螺栓4调节所述平台2位置，所述平台2第一端面设置有压电促动器5的安装位置，因此，所述预紧螺栓4在初始预紧力的基础上增加大小可调的预紧力，直接作用于所述平台2，间接调节所述压电促动器5的位置，此时，通过预紧螺栓4调节预紧力时，所述压电促动器5免受预紧螺栓4的剪切力或扭转力。
作为优选的实施方式，两个所述弹性梁3与所述平台2的中心轴线6呈中心对称。
作为优选的实施方式，如图2-3所示，所述预紧力可调机构还包括盖板7，所述盖板7沿所述平台2运动方向移动并可拆卸的与所述平台2连接，通过预紧螺栓4调节好预紧力后，所述盖板7用于增加所述弹性梁平台的稳定性。
作为优选的实施方式，所述盖板7上设置有铰制孔8，所述铰制孔8与所述平台2上设置的光孔15相配合使用；
所述盖板7上设置有定位孔9，所述定位孔9用于与定位螺栓配合将所述盖板7固定在所述机体框架1上，所述机体框架1上设置有滑槽10，以实现配合所述盖板7移动时采用定位螺栓将所述定位孔9和所述滑槽10固定。
本实施例中，所述盖板7的铰制孔8与所述平台2的光孔15相对应，用铰制孔用螺栓连接，所述盖板7下部左右两个定位孔9与所述机体框架1上的两个滑槽10相对应，用普通螺栓连接，所述预紧螺栓4调节所述压电促动器5预紧力的同时，所述盖板7也增加了所述弹性梁平台的稳定性。在所述预紧螺栓4调整好后，所述盖板7与所述平台2固定，所述盖板7与所述机体框架1固定，此时，所述平台2不能上下移动。
作为优选的实施方式，所述预紧螺栓4一端抵接所述平台2第二端面，所述平台2第二端面与所述平台2第一端面相对，所述螺纹孔设置在所述平台2的中心轴线6和所述机体框架1相交的位置。
作为另外一种优选的实施方式，如图4所示，所述预紧力可调机构还包括两个楔块11，所述两个楔块11的对接处抵接所述平台2第二端面，并且所述两个楔块11的中心轴线与所述平台2的中心轴线6重合，所述预紧螺栓4和所述螺纹孔为两个且位于所述两个楔块11两侧，所述预紧螺栓4用于调节所述两个楔块11以实现预紧力调节。
实施例2
如图2或4所示，一种压电驱动微进给装置，包括实施例1中的预紧力可调机构以及安装在所述安装位置上的压电促动器5。
作为优选的实施方式，所述压电促动器5的输出端通过柔性直圆形铰链12连接柔性导向机构13，本实施例中，所述压电促动器5的输出端抵接所述柔性直圆形铰链12，与所述压电促动器5输出端的相对端抵接所述平台2的第一端面；所述柔性直圆形铰链12与所述柔性导向机构13相连；被驱动件可恰当安装在所述柔性导向机构13处，当对所述压电促动器5施加驱动电压，根据其逆压电效应，所述压电促动器5会轴向伸长，通过所述柔性直圆型铰链和所述柔性导向机构13传递位移量，从而实现被驱动件沿轴向的微进给。
作为优选的实施方式，所述柔性导向机构、所述柔性直圆形铰链和所述机体框架一体加工得到，所述柔性导向机构13、所述柔性直圆形铰链12和所述压电促动器5的中心轴线6在一条直线上，所述柔性导向机构13通过四个边与所述机体框架1相连，其中，所述柔性导向机构13和所述四个边组成的形状关于所述平台的中心轴线6呈中心对称结构。
尽管已经示出和描述了本公开的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本公开的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种预紧力可调机构，其特征在于，包括：
机体框架；
弹性梁平台，包括平台和弹性梁，所述平台通过所述弹性梁与所述机体框架连接；
预紧螺栓，与所述机体框架上设置的螺纹孔配合，用于调节所述平台位置，所述平台第一端面设置有压电促动器的安装位置。
2.根据权利要求1所述的预紧力可调机构，其特征在于，所述弹性梁为直线或弯曲型形状。
3.根据权利要求1所述的预紧力可调机构，其特征在于，所述弹性梁为S型或Z型弯曲结构。
4.根据权利要求1或2所述的预紧力可调机构，其特征在于，两个所述弹性梁与所述平台的中心轴线呈中心对称。
5.根据权利要求1或2所述的预紧力可调机构，其特征在于，所述预紧力可调机构还包括盖板，所述盖板沿所述平台运动方向移动并可拆卸的与所述平台连接。
6.根据权利要求5所述的预紧力可调机构，其特征在于，所述盖板上设置有铰制孔，所述铰制孔与所述平台上设置的光孔相配合使用；和/或，
所述盖板上设置有定位孔，所述定位孔用于与定位螺栓配合将所述盖板固定在所述机体框架上，所述机体框架上设置有滑槽，以实现配合所述盖板移动时采用定位螺栓将所述定位孔和所述滑槽固定。
7.根据权利要求1或2所述的预紧力可调机构，其特征在于，所述预紧螺栓一端抵接所述平台第二端面，所述平台第二端面与所述平台第一端面相对，所述螺纹孔设置在所述平台的中心轴线和所述机体框架相交的位置；
或，所述预紧力可调机构还包括两个楔块，所述两个楔块的楔尖相对抵接所述平台第二端面，并且所述两个楔块的对接处与所述平台的中心轴线重合，所述预紧螺栓和所述螺纹孔为两个且位于所述两个楔块两侧，所述预紧螺栓用于调节所述两个楔块以实现预紧力调节。
8.一种压电驱动微进给装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项预紧力可调机构以及安装在所述安装位置上的压电促动器。
9.根据权利要求8所述的压电驱动微进给装置，其特征在于，所述压电促动器的输出端通过柔性直圆形铰链连接柔性导向机构。
10.根据权利要求9所述的压电驱动微进给装置，其特征在于，所述柔性导向机构、柔性直圆形铰链和所述机体框架一体加工得到，所述柔性导向机构、所述柔性直圆形铰链和所述压电促动器的中心轴线在一条直线上，所述柔性导向机构通过四个边与机体框架相连，其中，所述柔性导向机构和所述四个边组成的形状关于所述平台的中心轴线呈中心对称结构。
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