CN205336151U - 一种悬臂梁结构微型螺纹超声电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种悬臂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。本实用新型由悬臂梁结构弹性体、螺纹轴和压电片组成，所述悬臂梁结构弹性体设置有内螺纹孔、4个外平面、固定法兰、光孔和n个连接孔，所述螺纹轴设置有外螺纹和运动解耦元件，所述压电片为4片<i>d</i>₃₁激振模式的矩形压电陶瓷片，且均沿厚度方向极化。通过施加超声频段内的激励电信号于压电片，激发悬臂梁结构弹性体产生两列驻波振动模态，利用振动模态叠加耦合产生具有一个波长的运动行波，驱动螺纹轴实现运动输出。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。

Description

一种悬臂梁结构微型螺纹超声电机

技术领域

本实用新型涉及一种悬臂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悬臂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：一种悬臂梁结构微型螺纹超声电机，由悬臂梁结构弹性体、螺纹轴和压电片组成；所述悬臂梁结构弹性体采用悬臂梁结构，悬臂梁结构弹性体设置有内螺纹、4个外平面、固定法兰、光孔和n个连接孔，悬臂梁结构弹性体的n个连接孔均匀布置于固定法兰一侧端面上的同一圆周上，悬臂梁结构弹性体的固定法兰通过连接孔实现悬臂梁结构弹性体的紧固连接，悬臂梁结构弹性体中内螺纹的直径小于光孔的直径，其中n为大于等于1的整数；所述螺纹轴设置有外螺纹和运动解耦元件，螺纹轴的外螺纹与悬臂梁结构弹性体的内螺纹旋合连接，螺纹轴的运动解耦元件用于实现旋转直线运动输出解耦为直线运动输出；所述压电片为4片d ₃₁激振模式的矩形压电陶瓷片，且均沿厚度方向极化，4片压电片沿同一圆周方向均匀布置于悬臂梁结构弹性体的4个外平面上；所述4片压电片中相对布置的2片压电片构成激振组A，其余相对布置的2片压电片构成激振组B；所述悬臂梁结构弹性体的内螺纹和螺纹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：本实用新型一种悬臂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片，激发悬臂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，驱动螺纹轴实现运动输出。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悬臂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悬臂梁结构微型螺纹超声电机的悬臂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悬臂梁结构微型螺纹超声电机的悬臂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悬臂梁结构微型螺纹超声电机的螺纹轴的结构示意图。

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悬臂梁结构微型螺纹超声电机的具体实施方案。所述一种悬臂梁结构微型螺纹超声电机由悬臂梁结构弹性体1、螺纹轴2和压电片3组成。

所述悬臂梁结构弹性体1采用悬臂梁结构，悬臂梁结构弹性体1设置有内螺纹1-1、4个外平面1-2、固定法兰1-3、光孔1-4和n个连接孔1-5，且悬臂梁结构弹性体1的材料选为黄铜材料，悬臂梁结构弹性体1的内螺纹1-1的螺距为0.25mm，且该内螺纹1-1表面研磨处理，悬臂梁结构弹性体1的4个外平面1-2用于通过环氧树脂胶固定连接压电片3，悬臂梁结构弹性体1的n个连接孔1-5均匀布置于固定法兰1-3一侧端面上的同一圆周上，悬臂梁结构弹性体1的固定法兰1-3通过连接孔1-5实现悬臂梁结构弹性体1的紧固连接，悬臂梁结构弹性体1中内螺纹1-1的直径小于光孔1-4的直径，其中n为大于等于1的整数；所述螺纹轴2设置有外螺纹2-1和运动解耦元件2-2，且螺纹轴2的材料选为不锈钢材料，螺纹轴2的外螺纹2-1与悬臂梁结构弹性体1的内螺纹1-1旋合连接实现运动传递和输出，螺纹轴2的外螺纹2-1的螺距为0.25mm，且该外螺纹2-1表面研磨处理，螺纹轴2的运动解耦元件2-2用于实现旋转直线运动输出解耦为直线运动输出；所述压电片3为4片d ₃₁激振模式的矩形压电陶瓷片，且均沿厚度方向极化，4片压电片3沿同一圆周方向通过环氧树脂胶均匀布置于悬臂梁结构弹性体1的4个外平面1-2上；所述4片压电片3中相对布置的2片压电片3构成激振组A，其余相对布置的2片压电片3构成激振组B；所述悬臂梁结构弹性体1的内螺纹1-1和螺纹轴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悬臂梁结构微型螺纹超声电机的激励方法具体实施方案。所述一种悬臂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，激发悬臂梁结构弹性体1产生某一单波长驻波振动模态；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，激发悬臂梁结构弹性体1产生另一单波长驻波振动模态；当激振组A与激振组B所施加激励电信号的相位差为90度时，两列驻波振动模态叠加耦合形成具有一个波长的正向运动行波，驱动螺纹轴2实现正向运动输出；当激振组A与激振组B所施加激励电信号的相位差为270度时，两列驻波振动模态叠加耦合形成具有一个波长的反向运动行波，驱动螺纹轴2实现反向运动输出。

Claims (3)

1.一种悬臂梁结构微型螺纹超声电机，由悬臂梁结构弹性体（1）、螺纹轴（2）和压电片（3）组成；其特征在于：所述悬臂梁结构弹性体（1）采用悬臂梁结构，悬臂梁结构弹性体（1）设置有内螺纹（1-1）、4个外平面（1-2）、固定法兰（1-3）、光孔（1-4）和n个连接孔（1-5），悬臂梁结构弹性体（1）的n个连接孔（1-5）均匀布置于固定法兰（1-3）一侧端面上的同一圆周上，悬臂梁结构弹性体（1）的固定法兰（1-3）通过连接孔（1-5）实现悬臂梁结构弹性体（1）的紧固连接，悬臂梁结构弹性体（1）中内螺纹（1-1）的直径小于光孔（1-4）的直径，其中n为大于等于1的整数；所述螺纹轴（2）设置有外螺纹（2-1）和运动解耦元件（2-2），螺纹轴（2）的外螺纹（2-1）与悬臂梁结构弹性体（1）的内螺纹（1-1）旋合连接，螺纹轴（2）的运动解耦元件（2-2）用于实现旋转直线运动输出解耦为直线运动输出；所述压电片（3）为4片d ₃₁激振模式的矩形压电陶瓷片，且均沿厚度方向极化，4片压电片（3）沿同一圆周方向均匀布置于悬臂梁结构弹性体（1）的4个外平面（1-2）上。

2.根据权利要求1所述的一种悬臂梁结构微型螺纹超声电机，其特征在于：所述4片压电片（3）中相对布置的2片压电片（3）构成激振组A，其余相对布置的2片压电片（3）构成激振组B。

3.根据权利要求1所述的一种悬臂梁结构微型螺纹超声电机，其特征在于：所述悬臂梁结构弹性体（1）的内螺纹（1-1）和螺纹轴（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。