CN205319970U - 一种自由梁结构微型螺纹超声电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种自由梁结构微型螺纹超声电机，以解决当前螺纹超声电机普遍存在结构复杂、难于微型化等问题。本实用新型包括自由梁结构弹性体、输出轴和压电陶瓷片，自由梁结构弹性体设有连接内螺纹、4个光滑平面、过渡光孔和紧固安装孔，连接内螺纹设置于自由梁结构弹性体两侧端部，过渡光孔设置于两侧连接内螺纹之间，输出轴设有外螺纹和球头解耦机构，压电陶瓷片为4片<i>d</i>31激振模式的矩形压电陶瓷片。施加超声频段激励信号于压电陶瓷片，激发自由梁结构弹性体产生两列驻波振动模态，叠加耦合产生单个波长的运动行波，驱动输出轴实现运动输出。本实用新型具有结构简单、易于微型化等技术优势，在精密驱动与传动领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种自由梁结构微型螺纹超声电机，属于精密驱动与传动的技术领域。
背景技术
超声电机是一种利用压电元件的逆压电效应激发定子弹性体产生微幅高频的超声振动，通过定子与动子间的摩擦耦合实现机械能输出的微特电机。根据动子的输出形式不同，超声电机可分为直线、旋转与多自由度等几种输出类型。螺纹超声电机作为目前诸多输出类型超声电机中的一种，其定子与动子间主要采用螺纹副进行传动，通过螺纹传动副实现旋转直线两自由度运动的输出。与其它类超声电机相比，螺纹副超声电机具有结构简单、定位精度高等优势，可广泛应用于精密驱动与传动的技术领域。
中国发明专利《一种螺纹式空心旋转型行波超声电机》，授权公告号为CN102751906B，授权公告日为2015年01月14日，公开的一种螺纹式空心旋转型行波超声电机，其用于调节光阑，光阑包括光阑定圈和设有连杆的光阑动圈，该发明包括底座、压电陶瓷片、摩擦材料层、阻尼材料层以及均沿轴线空心设置的定子轴和转子轴；中国发明专利《直线旋转耦合输出型压电驱动装置》，授权公告号为CN103219916B，授权公告日为2015年07月29日，公开的一种直线旋转耦合输出型压电驱动装置，包括堆叠安装座、圆柱销、压电堆叠、应变片、殷钢片、钢珠、耦合输出构件和输出轴，压电堆叠侧面贴应变片，底面与堆叠安装座粘接，顶面粘殷钢片并与输出轴球窝内钢珠接触，耦合输出构件顶部与输出轴过盈嵌套，底部与堆叠安装座间用圆柱销定位和紧定螺钉固定，压电堆叠施加电压后，推动输出轴和耦合输出构件顶部一起沿轴向伸长，由于耦合输出构件的变形耦合特性，其顶部和输出轴将同时绕轴向旋转一定角度，且该角度与轴向伸长量成正比。
上述几种实现方式的螺纹超声电机，虽能在压电元件超声振动激励下实现机械运动输出，但由于其辅助连接件较多，故存在结构复杂、难于微型化等问题，严重制约了螺纹超声电机的进一步应用与发展。
发明内容
为解决当前螺纹超声电机普遍存在结构复杂、难于微型化等技术问题，本实用新型公开一种自由梁结构微型螺纹超声电机。
本实用新型所采用的技术方案是：一种自由梁结构微型螺纹超声电机，由自由梁结构弹性体、输出轴和压电陶瓷片组成；所述自由梁结构弹性体采用自由梁结构，自由梁结构弹性体设置有连接内螺纹、4个光滑平面、过渡光孔和紧固安装孔，自由梁结构弹性体的两侧端部均设置有连接内螺纹，自由梁结构弹性体两侧端部的连接内螺纹的旋合长度相同，且自由梁结构弹性体两侧端部连接内螺纹的旋合长度小于自由梁结构弹性体两侧端部到紧固安装孔之间的距离，自由梁结构弹性体的连接内螺纹表面研磨处理，自由梁结构弹性体的过渡光孔设置于自由梁结构弹性体两侧端部的连接内螺纹之间，且自由梁结构弹性体的过渡光孔孔径大于连接内螺纹的孔径，自由梁结构弹性体4个光滑平面上均设置有2个紧固安装孔，其中布置于4个光滑平面一侧的4个紧固安装孔位于同一圆周上，其余布置于4个光滑平面另一侧的4个紧固安装孔位于另一圆周上，自由梁结构弹性体的紧固安装孔用于实现自由梁结构弹性体的紧固安装；所述输出轴设置有外螺纹和球头解耦机构，输出轴的外螺纹与自由梁结构弹性体的连接内螺纹旋合连接，且输出轴的外螺纹表面研磨处理，输出轴两侧端部均设置有球头解耦机构，其用于实现旋转直线运动输出解耦为直线运动输出；所述压电陶瓷片为4片d 31激振模式的矩形压电陶瓷片，其均沿厚度方向极化，4片压电陶瓷片均匀布置于自由梁结构弹性体4个光滑平面上的紧固安装孔之间；所述4片压电陶瓷片中相对布置的2片压电陶瓷片构成激振组A，其余相对布置的2片压电陶瓷片构成激振组B；所述自由梁结构弹性体的连接内螺纹和输出轴的外螺纹可为梯形螺纹、三角形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹或非标螺纹。
本实用新型的有益效果：本实用新型一种自由梁结构微型螺纹超声电机，通过施加超声频段内的交流激励电信号于压电陶瓷片，激发自由梁结构弹性体产生两列驻波振动模态，利用振动模态耦合产生具有一个波长的运动行波，驱动输出轴实现运动输出。本实用新型具有结构简单、易于微型化等技术优势，在精密驱动与传动的技术领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1所示为本实用新型提出的一种自由梁结构微型螺纹超声电机的结构示意图；
图2所示为本实用新型提出的一种自由梁结构微型螺纹超声电机的自由梁结构弹性体的剖视图；
图3所示为本实用新型提出的一种自由梁结构微型螺纹超声电机的自由梁结构弹性体的侧视图；
图4所示为本实用新型提出的一种自由梁结构微型螺纹超声电机的输出轴的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1~图4说明本实施方式。本实施方式提供一种自由梁结构微型螺纹超声电机的具体实施方案。所述一种自由梁结构微型螺纹超声电机由自由梁结构弹性体1、输出轴2和压电陶瓷片3组成。
所述自由梁结构弹性体1采用自由梁结构，自由梁结构弹性体1的材料选用黄铜材料，自由梁结构弹性体1设置有连接内螺纹1-1、4个光滑平面1-2、过渡光孔1-3和紧固安装孔1-4，自由梁结构弹性体1的两侧端部均设置有连接内螺纹1-1，自由梁结构弹性体1两侧端部的连接内螺纹1-1的旋合长度相同，且自由梁结构弹性体1两侧端部连接内螺纹1-1的旋合长度小于自由梁结构弹性体1两侧端部到紧固安装孔1-4之间的距离，自由梁结构弹性体1的连接内螺纹1-1表面研磨处理，且自由梁结构弹性体1的连接内螺纹1-1的螺距优选0.25mm，自由梁结构弹性体1的4个光滑平面1-2用于通过环氧树脂胶实现压电陶瓷片3的固定连接，自由梁结构弹性体1的过渡光孔1-3设置于自由梁结构弹性体1两侧端部的连接内螺纹1-1之间，且自由梁结构弹性体1的过渡光孔1-3孔径大于连接内螺纹1-1的孔径，自由梁结构弹性体1的4个光滑平面1-2上均设置有2个紧固安装孔1-4，其中布置于4个光滑平面1-2一侧的4个紧固安装孔1-4位于同一圆周上，其余布置于4个光滑平面1-2另一侧的4个紧固安装孔1-4位于另一圆周上，自由梁结构弹性体1的紧固安装孔1-4用于实现自由梁结构弹性体1的紧固安装；所述输出轴2设置有外螺纹2-1和球头解耦机构2-2，输出轴2的材料选用不锈钢材料，输出轴2的外螺纹2-1与自由梁结构弹性体1的连接内螺纹1-1旋合连接，输出轴2的外螺纹2-1表面研磨处理，且输出轴2的外螺纹2-1的螺距优选为0.25mm，输出轴2两侧端部均设置有球头解耦机构2-2，其用于实现旋转直线运动输出解耦为直线运动输出；所述压电陶瓷片3为4片d 31激振模式的矩形压电陶瓷片，其均沿厚度方向极化，4片压电陶瓷片3通过环氧树脂胶均匀布置于自由梁结构弹性体1的4个光滑平面1-2上的紧固安装孔1-4之间。所述4片压电陶瓷片3中相对布置的2片压电陶瓷片3构成激振组A，其余相对布置的2片压电陶瓷片3构成激振组B。所述自由梁结构弹性体1的连接内螺纹1-1和输出轴2的外螺纹2-1可为梯形螺纹、三角形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹或非标螺纹。
具体实施方式二：本实施方式提供了一种自由梁结构微型螺纹超声电机的激励方法具体实施方案。所述一种自由梁结构微型螺纹超声电机的激励方法具体如下所示。
所述激振组A通以某一超声频段内（一般大于16kHz）的正弦波激励信号，激发自由梁结构弹性体1产生某一具有单个波长的驻波振动模态；激振组B通以某一超声频段内（一般大于16kHz）的余弦波激励信号，激发自由梁结构弹性体1产生另一具有单个波长的驻波振动模态；当激振组A与激振组B所施加激励信号的相位差为90度时，两列驻波振动模态叠加耦合形成具有单个波长的正向运动行波，驱动输出轴2实现正向运动输出；当激振组A与激振组B所施加激励信号的相位差为270度时，两列驻波振动模态叠加耦合形成具有单个波长的反向运动行波，驱动输出轴2实现反向运动输出。
Claims (3)
1.一种自由梁结构微型螺纹超声电机，由自由梁结构弹性体（1）、输出轴（2）和压电陶瓷片（3）组成；其特征在于：所述自由梁结构弹性体（1）采用自由梁结构，自由梁结构弹性体（1）设置有连接内螺纹（1-1）、4个光滑平面（1-2）、过渡光孔（1-3）和紧固安装孔（1-4），自由梁结构弹性体（1）的两侧端部均设置有连接内螺纹（1-1），自由梁结构弹性体（1）两侧端部的连接内螺纹（1-1）的旋合长度相同，且自由梁结构弹性体（1）两侧端部连接内螺纹（1-1）的旋合长度小于自由梁结构弹性体（1）两侧端部到紧固安装孔（1-4）之间的距离，自由梁结构弹性体（1）的连接内螺纹（1-1）表面研磨处理，自由梁结构弹性体（1）的过渡光孔（1-3）设置于自由梁结构弹性体（1）两侧端部的连接内螺纹（1-1）之间，且自由梁结构弹性体（1）的过渡光孔（1-3）孔径大于连接内螺纹（1-1）的孔径，自由梁结构弹性体（1）4个光滑平面（1-2）上均设置有2个紧固安装孔（1-4），其中布置于4个光滑平面（1-2）一侧的4个紧固安装孔（1-4）位于同一圆周上，其余布置于4个光滑平面（1-2）另一侧的4个紧固安装孔（1-4）位于另一圆周上，自由梁结构弹性体（1）的紧固安装孔（1-4）用于实现自由梁结构弹性体（1）的紧固安装；所述输出轴（2）设置有外螺纹（2-1）和球头解耦机构（2-2），输出轴（2）的外螺纹（2-1）与自由梁结构弹性体（1）的连接内螺纹（1-1）旋合连接，且输出轴（2）的外螺纹（2-1）表面研磨处理，输出轴（2）两侧端部均设置有球头解耦机构（2-2），其用于实现旋转直线运动输出解耦为直线运动输出；所述压电陶瓷片（3）为4片d 31激振模式的矩形压电陶瓷片，其均沿厚度方向极化，4片压电陶瓷片（3）均匀布置于自由梁结构弹性体（1）4个光滑平面（1-2）上的紧固安装孔（1-4）之间。
2.根据权利要求1所述的一种自由梁结构微型螺纹超声电机，其特征在于：所述4片压电陶瓷片（3）中相对布置的2片压电陶瓷片（3）构成激振组A，其余相对布置的2片压电陶瓷片（3）构成激振组B。
3.根据权利要求1所述的一种自由梁结构微型螺纹超声电机，其特征在于：所述自由梁结构弹性体（1）的连接内螺纹（1-1）和输出轴（2）的外螺纹（2-1）可为梯形螺纹、三角形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹或非标螺纹。
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