CN207720042U - 采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置，属于精密工程技术领域。包括底座、旋转台面、定子组件和轴承等单元，底座与旋转台面通过轴承连接，底座与定子组件通过螺栓连接，旋转台面与定子组件通过驱动足前端接触配合，底座和旋转台面与轴承均为过盈配合。当激励电信号作用于压电叠堆时，压电叠堆基于逆压电效应产生轴向伸长，使驱动足产生切向位移，驱动旋转台面产生精确旋转运动，通过改变驱动电压方向和时序，即可控制旋转台面产生正向、反向旋转运动以及实现定位。本实用新型具有结构简单、定位精度高以及响应速度快等诸多技术优势，在精密工程技术领域有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及精密工程技术领域，特别涉及一种采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置。
背景技术
近年来，随着科学技术的发展，微纳米技术在生命科学、微电子学、光学、超精密机械及其制造、精密测量、医药卫生、半导体、生物化学、数据存储等学科领域中占据越来越重要的地位。微机械技术、微纳米测量技术、微纳米级的定位和驱动技术已成为当今世界高新技术领域的热门。形式各异的具有精密驱动、精密测量和精密定位功能的新型驱动装置被陆续研制开发出来。已有的驱动装置往往存在结构尺寸偏大、定位精度低等缺点；尽管其中也有一些驱动器输出稳定、精度高，但行程小，严重限制了其应用的范围；而压电陶瓷材料具有频率响应高、体积小、位移分辨率高、发热少、无噪声、输出力大、换能效率高、驱动力大、驱动功率低、工作频率宽、不受电磁干扰等诸多优点，因此近年来由此类元件作为精密驱动的微纳米级精密驱动器越来越受到关注。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置，解决了现有技术存在的结构尺寸偏大、定位精度低以及行程小等技术问题。
本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：
采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置，包括底座1、旋转台面2、定子组件3和轴承4；所述底座1 通过轴承4与旋转台面2配合连接；所述底座1 通过定子固定螺钉3-3与定子组件3紧固连接；所述底座1与轴承4过盈配合；所述旋转台面2 通过驱动足一3-1-1-1和驱动足二3-1-2-1与定子组件3接触配合；所述旋转台面2与轴承4过盈配合。
所述的底座1包括定子支撑台1-1和轴承支撑柱1-2；所述底座1的上表面中部设置定子支撑台1-1，与定子支架3-1-3的下表面接触配合，防止底座1的上表面与驱动铰链一3-1-1和驱动铰链二3-1-2发生干涉；所述定子支撑台1-1上均匀设有N个定子固定螺纹孔1-1-1，其中N为大于等于1的正整数；所述底座1的上表面中部设置轴承支撑柱1-2；所述轴承支撑柱1-2的上端部设置有凸台1-2-1。
所述的旋转台面2包括内螺纹孔2-1、旋转台侧壁2-2、轴承安装座2-3和轴承限位槽2-4；旋转台面2上表面端部均匀设置有W圈内螺纹孔2-1，其中W为大于等于1的正整数，每圈设置有E个内螺纹孔2-1，其中E为大于等于1的正整数；所述旋转台面2的外圆周边缘设置有旋转台侧壁2-2；所述旋转台面2下表面中部设置有轴承安装座2-3；所述轴承安装座2-3的上端部设置有轴承限位槽2-4。
所述的定子组件3包括定子3-1、压电叠堆3-2、定子固定螺钉3-3、预紧螺钉3-4和调整垫片3-5；所述定子3-1包括驱动铰链一3-1-1、驱动铰链二3-1-2和定子支架3-1-3；所述驱动铰链一3-1-1前端横梁中部设置有驱动足一3-1-1-1，所述驱动铰链一3-1-1一侧的刚性梁一3-1-1-4的两侧端部设置有柔性铰链一3-1-1-2，所述驱动铰链一3-1-1的另一侧的刚性梁一3-1-1-4的两侧端部设置有柔性铰链二3-1-1-3，柔性铰链二3-1-1-3与柔性铰链一3-1-1-2的厚度之比的取值范围为0.1~0.9；通过改变刚性梁一3-1-1-4厚度可以改变驱动铰链一3-1-1的轴向刚度；所述驱动铰链一3-1-1设置有压电元件固定槽一3-1-1-5；
所述驱动铰链二3-1-2前端横梁中部设置有驱动足二3-1-2-1，所述驱动铰链二3-1-2一侧的刚性梁二3-1-2-4的两侧端部设置有柔性铰链三3-1-2-2，所述驱动铰链二3-1-2的另一侧的刚性梁二3-1-2-4的两侧端部设置有柔性铰链四3-1-2-3，柔性铰链四3-1-2-3与柔性铰链三3-1-2-2的厚度之比的取值范围为0.1~0.9；通过改变刚性梁二3-1-2-4的厚度可以改变驱动铰链二3-1-2的轴向刚度；所述驱动铰链二3-1-2设置有压电元件固定槽二3-1-2-5；所述定子支架3-1-3外侧壁均匀设置有驱动铰链一3-1-1和驱动铰链二3-1-2，所述定子支架3-1-3的每个内侧壁横梁中部均设有预紧螺钉旋合孔3-1-3-1；所述定子支架3-1-3的内侧壁横梁下端设置固定耳3-1-3-2，所述固定耳3-1-3-2设有定子固定通孔3-1-3-3；
所述压电叠堆3-2安放于压电元件固定槽一3-1-1-5和压电元件固定槽二3-1-2-5内，在通电后基于逆压电效应，压电叠堆3-2会激励定子3-1产生形变，使驱动足一3-1-1-1和驱动足二3-1-2-1产生侧向位移，进而驱动旋转台面2的旋转台侧壁2-2使旋转台面2进行旋转；
所述调整垫片3-5的一侧端面与压电叠堆3-2接触配合，另一侧端面与压电元件固定槽一3-1-1-5或压电元件固定槽二3-1-2-5接触配合，进而对压电叠堆3-2进行初步预紧，并防止压电叠堆3-2产生切应变或受力不均。
所述的轴承4与轴承支撑柱1-2和轴承安装座2-3过盈配合，实现轴承4与底座1和旋转台面2的配合连接。
所述的驱动足一3-1-1-1和驱动足二3-1-2-1的截面形状可为半圆形、抛物线形、L型等。
所述的柔性铰链一3-1-1-2、柔性铰链二3-1-1-3 柔性铰链三3-1-2-2、柔性铰链四3-1-2-3可为直圆型铰链、椭圆型铰链、双曲线型铰链、抛物线型铰链或直角型铰链等。
所述的调整垫片3-5由钨钢、45号钢制成。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型主要采用压电叠堆做为动力来源，当对位于驱动铰链一和驱动铰链二内的压电叠堆交替的通以激励电信号时基于压电叠堆的逆压电效应，压电叠堆会产生轴向的伸长，由于定子中驱动铰链一和驱动铰链二的结构特征，导致刚性梁一和刚性梁二两侧的轴向刚度不同，因此使驱动足一和驱动足二产生切向位移，进而驱动旋转台侧壁使旋转台面正向旋转或逆向旋转。由于压电陶瓷材料具有频率响应高、体积小、位移分辨率高、发热少、无噪声、输出力大、换能效率高、驱动力大、驱动功率低、工作频率宽、不受电磁干扰等诸多优点，因此所述的采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置可有效的解决已有驱动装置存在的结构尺寸偏大、定位精度低以及行程小等技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的底座的结构示意图；
图3为本实用新型的底座的俯视图；
图4为本实用新型的旋转台面的结构示意图；
图5为本实用新型的旋转台面底部的结构示意图；
图6为本实用新型的定子组件的结构示意图；
图7为本实用新型的定子的结构示意图；
图8为本实用新型的定子的俯视图；
图9为本实用新型的压电叠堆的结构示意图；
图10为本实用新型的调整垫片的结构示意图；
图11为本实用新型的轴承的结构示意图；
图12为本实用新型的工作流程的示意图；
图13为本实用新型的定子受压电叠堆驱动时驱动足产生正切向位移的示意图；
图14为本实用新型的定子受压电叠堆驱动时驱动足产生逆切向位移的示意图；
图15为本实用新型的定子受压电叠堆驱动时驱动足产生位移抵消时的示意图。
图中：1、底座；1-1、定子支撑台；1-2、轴承支撑柱； 1-1-1、定子固定螺纹孔；1-2-1、凸台； 2、旋转台面；2-1、内螺纹孔； 2-2、旋转台侧壁；2-3、轴承安装座2-4、轴承限位槽3、定子组件；3-1、定子；3-1-1、驱动铰链一；3-1-2、驱动铰链二；3-1-3、定子支架；3-1-1-1、驱动足一；3-1-1-2、柔性铰链一；3-1-1-3、柔性铰链二；3-1-1-4、刚性梁一；3-1-1-5、压电元件固定槽一； 3-1-2-1驱动足二；3-1-2-2、柔性铰链三；3-1-2-3、柔性铰链四；3-1-2-4、刚性梁二；3-1-2-5、压电元件固定槽二； 3-1-3-1、预紧螺钉旋合孔；3-1-3-2、固定耳；3-1-3-3、定子固定通孔；3-2、压电叠堆；3-3、定子固定螺钉；3-4、预紧螺钉；3-5、调整垫片；4、轴承。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图15所示，本实用新型的采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置，包括底座1、旋转台面2、定子组件3和轴承4；所述底座1与旋转台面2通过轴承4配合连接；所述底座1与定子组件3通过定子固定螺钉3-3紧固连接；所述底座1与轴承4过盈配合；所述旋转台面2与定子组件3通过驱动足一3-1-1-1和驱动足二3-1-2-1接触配合；所述旋转台面2与轴承4过盈配合。
参见图1至图3所示，本实用新型所述的底座1设置有定子支撑台1-1和轴承支撑柱1-2；所述底座1的上表面中部设置有定子支撑台1-1，其直径为D并且L2<D<L1，与定子支架3-1-3的下表面接触配合，防止底座1的上表面与驱动铰链一3-1-1和驱动铰链二3-1-2发生干涉；所述定子支撑台1-1上均匀设有N个定子固定螺纹孔1-1-1，其中N为大于等于1的正整数；所述底座1的上表面中部设置有轴承支撑柱1-2；所述轴承支撑柱1-2的上端部设置有凸台1-2-1。
参见图4及图5所示，本实用新型所述的旋转台面2设置有内螺纹孔2-1、旋转台侧壁2-2、轴承安装座2-3和轴承限位槽2-4；所述旋转台面2上表面端部均匀设置有W圈内螺纹孔2-1，其中W为大于等于1的正整数，每圈设置有E个内螺纹孔2-1，其中E为大于等于1的正整数；所述旋转台面2的外圆周边缘设置有旋转台侧壁2-2；所述旋转台面2下表面中部设置有轴承安装座2-3；所述轴承安装座2-3的上端部设置有轴承限位槽2-4。
参见图6至图10所示，本实用新型所述的定子组件3包括定子3-1、压电叠堆3-2、定子固定螺钉3-3、预紧螺钉3-4和调整垫片3-5；所述定子3-1包括驱动铰链一3-1-1、驱动铰链二3-1-2和定子支架3-1-3；所述驱动铰链一3-1-1前端横梁中部设置有驱动足一3-1-1-1，所述驱动足一3-1-1-1的截面形状可为半圆形、抛物线形、类L型等；所述驱动铰链一3-1-1一侧的刚性梁一3-1-1-4的两侧端部设置有柔性铰链一3-1-1-2，柔性铰链一3-1-1-2的厚度为d5；所述驱动铰链一3-1-1的另一侧的刚性梁一3-1-1-4的两侧端部设置有柔性铰链二3-1-1-3，柔性铰链二3-1-1-3的厚度为d4；其中d4/ d5的取值范围为0.1~0.9，所述柔性铰链一3-1-1-2和柔性铰链二3-1-1-3可为直圆型铰链、椭圆型铰链、双曲线型铰链、抛物线型铰链和直角型铰链；所述驱动铰链一3-1-1两侧设置有刚性梁一3-1-1-4，其厚度为d6，其中d6为大于等于1的数，通过改变d6的取值可以改变驱动铰链一3-1-1的轴向刚度；所述驱动铰链一3-1-1设置有压电元件固定槽一3-1-1-5；所述驱动铰链二3-1-2前端横梁中部设置有驱动足二3-1-2-1，所述驱动足二3-1-2-1的截面形状可为半圆形、抛物线形、类L型等；所述驱动铰链二3-1-2一侧的刚性梁二3-1-2-4的两侧端部设置有柔性铰链三3-1-2-2，柔性铰链三3-1-2-2的厚度为d2；所述驱动铰链二3-1-2的另一侧的刚性梁二3-1-2-4的两侧端部设置有柔性铰链四3-1-2-3，柔性铰链四3-1-2-3的厚度为d1；d1/ d2的取值范围为0.1~0.9，所述柔性铰链三3-1-2-2和柔性铰链四3-1-2-3可为直圆型铰链、椭圆型铰链、双曲线型铰链、抛物线型铰链和直角型铰链；所述驱动铰链二3-1-2两侧设置有刚性梁二3-1-2-4，其厚度为d3，其中d3为大于等于1的数，通过改变d3的取值可以改变驱动铰链二3-1-2的轴向刚度；所述驱动铰链二3-1-2设置有压电元件固定槽二3-1-2-5；所述定子支架3-1-3外侧壁均匀设置有T个驱动铰链一3-1-1和Q个驱动铰链二3-1-2，其中T、Q均为大于等于1的正整数；所述定子支架3-1-3的每个内侧壁横梁中部均设有预紧螺钉旋合孔3-1-3-1；所述定子支架3-1-3的内侧壁横梁下端均匀设有N个固定耳3-1-3-2，其中N为大于等于1的正整数；所述定子支架3-1-3所设的固定耳3-1-3-2设有定子固定通孔3-1-3-3；所述压电叠堆3-2安放于压电元件固定槽一3-1-1-5和压电元件固定槽二3-1-2-5内，其在通电后基于压电元件的逆压电效应，压电叠堆3-2会激励定子3-1产生形变，使驱动足一3-1-1-1和驱动足二3-1-2-1产生侧向位移，进而驱动旋转台面2所设的旋转台侧壁2-2使旋转台面2进行旋转；所述调整垫片3-5的一侧端面与压电叠堆3-2接触配合，另一侧端面与压电元件固定槽一3-1-1-5或压电元件固定槽二3-1-2-5接触配合进而对压电叠堆3-2进行初步预紧，并可有效的防止压电叠堆3-2产生切应变或受力不均，所述调整垫片3-5可由钨钢、45号钢等刚性较好的材料制成。
参见图11所示，本实用新型所述的轴承4，与轴承支撑柱1-2和轴承安装座2-3过盈配合，实现轴承4与底座1和旋转台面2的配合连接。
实施例：
参见图1至图15所示，本实用新型采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置包括底座1、旋转台面2、定子组件3和轴承4。底座1与旋转台面2通过轴承连接，底座1与定子组件3通过螺栓连接，旋转台面2与定子组件3通过驱动足前端接触配合，底座1和旋转台面2与轴承4均为过盈配合。当激励电信号作用于压电叠堆时，压电叠堆基于逆压电效应产生轴向伸长，使驱动足产生切向位移，驱动旋转台面2产生精确旋转运动，通过改变驱动电压方向和时序，即可控制旋转台面2产生正向、反向旋转运动以及实现定位。本实用新型具有结构简单、定位精度高以及响应速度快等诸多技术优势，在精密工程技术领域有广泛的应用前景。
参见图1至图3所示，本实用新型所述底座1设置有定子支撑台1-1和轴承支撑柱1-2；所述底座1的上表面中部设置有定子支撑台1-1，其直径为D并且L2<D<L1，其用于与定子支架3-1-3的下表面接触配合，实现对定子组件3的支撑，并防止底座1的上表面与驱动铰链一3-1-1和驱动铰链二3-1-2发生干涉；所述定子支撑台1-1上均匀设有N个定子固定螺纹孔1-1-1，其用于与定子固定螺钉3-3旋合连接，实现定子组件3与底座1的紧固连接，其中N为大于等于1的正整数，本具体实施方式中N=3；所述底座1的上表面中部设置有轴承支撑柱1-2，其用于与轴承4过盈配合，实现轴承4与底座1的配合连接；所述轴承支撑柱1-2的上端部设置有凸台1-2-1，其用于轴承4的支撑，并限制轴承4的轴向位移。
参见图4及图5所示，本实用新型所述旋转台面2设置有内螺纹孔2-1、旋转台侧壁2-2、轴承安装座2-3和轴承限位槽2-4；所述旋转台面2上表面端部均匀设置有W圈内螺纹孔2-1，其中W为大于等于1的正整数，本具体实施方式中W=5，每圈设置有E个内螺纹孔2-1，其中E为大于等于1的正整数，本具体实施方式中E=1、4、10，所述内螺纹孔2-1用于与被承载的其他元件旋合连接，实现其他元件与旋转台面2的紧固连接，进而实现旋转台面2带动其他元件进行旋转运动；所述旋转台面2的外圆周边缘设置有旋转台侧壁2-2，其用于与驱动铰链一3-1-1和驱动铰链二3-1-2所设置的驱动足一3-1-1-1和驱动足二3-1-2-1接触配合，实现定子组件3对旋转台面2的驱动；所述旋转台面2下表面中部设置有轴承安装座2-3，其用于与轴承4配合连接，实现轴承4与旋转台面2的配合连接；所述轴承安装座2-3的上端部设置有轴承限位槽2-4，其用于轴承4的安放与固定，并限制轴承4的轴向位移。
参见图6至图10所示，本实用新型所述定子组件3包括定子3-1、压电叠堆3-2、定子固定螺钉3-3、预紧螺钉3-4和调整垫片3-5。
所述定子3-1包括驱动铰链一3-1-1、驱动铰链二3-1-2和定子支架3-1-3；所述驱动铰链一3-1-1前端横梁中部设置有驱动足一3-1-1-1，其用于与旋转台侧壁2-2接触配合，实现定子3-1对旋转台面2的正向驱动，所述驱动足一3-1-1-1的截面形状可为半圆形、抛物线形、类L型等，本具体实施方式中驱动足一3-1-1-1的截面形状为半圆形，其直径为R2，R2为大于1的数，本具体实施方式中R2=1.6 mm；所述驱动铰链一3-1-1一侧的刚性梁一3-1-1-4的两侧端部设置有柔性铰链一3-1-1-2，柔性铰链一3-1-1-2的厚度为d5；所述驱动铰链一3-1-1的另一侧的刚性梁一3-1-1-4的两侧端部设置有柔性铰链二3-1-1-3，柔性铰链二3-1-1-3的厚度为d4；其中d4/ d5的取值范围为0.1~0.9，本具体实施方式中d4/ d5的取值为0.5，所述柔性铰链一3-1-1-2和柔性铰链二3-1-1-3可为直圆型铰链、椭圆型铰链、双曲线型铰链、抛物线型铰链和直角型铰链，本具体实施方式中柔性铰链一3-1-1-2和柔性铰链二3-1-1-3为直圆型铰链；所述驱动铰链一3-1-1两侧设置有刚性梁一3-1-1-4，其厚度为d6，其中d6为大于等于1的数，通过改变d6的取值可以改变驱动铰链一3-1-1的轴向刚度，本具体实施方式中d6=2mm；所述驱动铰链一3-1-1设置有压电元件固定槽一3-1-1-5，其用于与压电叠堆3-2配合连接，实现对压电叠堆3-2位置的限定；所述驱动铰链二3-1-2前端横梁中部设置有驱动足二3-1-2-1，其用于与旋转台侧壁2-2接触配合，实现定子3-1对旋转台面2的逆向驱动，所述驱动足二3-1-2-1的截面形状可为半圆形、抛物线形、类L型等，本具体实施方式中驱动足二3-1-2-1的截面形状为半圆形，其直径为R1，R1为大于1的数，本具体实施方式中R1=1.6 mm；所述驱动铰链二3-1-2一侧的刚性梁二3-1-2-4的两侧端部设置有柔性铰链三3-1-2-2，柔性铰链三3-1-2-2的厚度为d2；所述驱动铰链二3-1-2的另一侧的刚性梁二3-1-2-4的两侧端部设置有柔性铰链四3-1-2-3，柔性铰链四3-1-2-3的厚度为d1；d1/ d2的取值范围为0.1~0.9，本具体实施方式中d1/ d2的取值为0.5，所述柔性铰链三3-1-2-2和柔性铰链四3-1-2-3可为直圆型铰链、椭圆型铰链、双曲线型铰链、抛物线型铰链和直角型铰链，本具体实施方式中柔性铰链三3-1-2-2和柔性铰链四3-1-2-3为直圆型铰链；所述驱动铰链二3-1-2两侧设置有刚性梁二3-1-2-4，其厚度为d3，其中d3为大于等于1的数，通过改变d3的取值可以改变驱动铰链二3-1-2的轴向刚度，本具体实施方式中d3=2mm；所述驱动铰链二3-1-2设置有压电元件固定槽二3-1-2-5，其用于与压电叠堆3-2配合连接，实现对压电叠堆3-2位置的限定；所述定子支架3-1-3外侧壁均匀设置有T个驱动铰链一3-1-1和Q个驱动铰链二3-1-2，其中T、Q均为大于等于1的正整数，本具体实施方式中取T=Q=3；所述定子支架3-1-3的每个内侧壁横梁中部均设有预紧螺钉旋合孔3-1-3-1，其用于与预紧螺钉3-4旋合连接，实现对压电叠堆3-2的预紧；所述定子支架3-1-3的内侧壁横梁下端均匀设有N个固定耳3-1-3-2，其中N为大于等于1的正整数，本具体实施方式中N=3；所述定子支架3-1-3所设的固定耳3-1-3-2设有定子固定通孔3-1-3-3，其用于与定子固定螺钉3-3配合，实现定子组件3与底座1的紧固连接；
参见图9所示，本实用新型所述压电叠堆3-2安放于压电元件固定槽一3-1-1-5和压电元件固定槽二3-1-2-5内，其在通电后基于压电元件的逆压电效应，压电叠堆3-2会激励定子3-1产生形变，使驱动足一3-1-1-1和驱动足二3-1-2-1产生侧向位移，进而驱动旋转台面2所设的旋转台侧壁2-2使旋转台面2进行旋转，本具体实施方式中压电叠堆3-2采用的是美国THORLABS公司的AE0505D16F型号的压电叠堆。
所述定子固定螺钉3-3，其用于与定子固定通孔3-1-3-3配合，并与定子固定螺纹孔1-1-1旋合连接，实现定子组件3与底座1的紧固连接。
所述预紧螺钉3-4，其用于与预紧螺钉旋合孔3-1-3-1旋合连接，实现对压电叠堆3-2的预紧。
参见图10所示，本实用新型所述调整垫片3-5的一侧端面与压电叠堆3-2接触配合，另一侧端面与压电元件固定槽一3-1-1-5或压电元件固定槽二3-1-2-5接触配合实现对压电叠堆3-2的初步预紧，并可有效的防止压电叠堆3-2产生切应变或受力不均，所述调整垫片3-5可由钨钢、45号钢等刚性较好的材料制成，本具体实施方式中的调整垫片3-5由钨钢制成。
参见图11所示，本实用新型所述轴承4，其用于与轴承支撑柱1-2和轴承安装座2-3过盈配合，实现轴承4与底座1和旋转台面2的配合连接。
参见图1至图15所示，本实用新型所述的采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置的工作原理如下：
其工作过程大致分为两个阶段：正向旋转阶段和逆向旋转阶段；正向旋转阶段：当位于驱动铰链一3-1-1内的压电叠堆3-2同时通以激励电信号，压电叠堆3-2基于其逆压电效应产生轴向的伸长，由于柔性铰链一3-1-1-2和柔性铰链二3-1-1-3的存在，使驱动铰链一3-1-1两侧的刚性梁一3-1-1-4的轴向刚度存在差异，导致驱动足一3-1-1-1产生切向位移，进而增大驱动足一3-1-1-1与旋转台侧壁2-2的正压力，并驱动旋转台面2进行正向旋转；逆向旋转阶段：当位于驱动铰链二3-1-2内的压电叠堆3-2同时通以激励电信号，压电叠堆3-2基于其逆压电效应产生轴向的伸长，由于柔性铰链三3-1-2-2和柔性铰链四3-1-2-3的存在，使驱动铰链二3-1-2两侧的刚性梁二3-1-2-4的轴向刚度存在差异，导致驱动足二3-1-2-1产生切向位移，进而增大驱动足二3-1-2-1与旋转台侧壁2-2的正压力，并驱动旋转台面2进行逆向旋转；重复上述的两个过程既可以实现旋转台面2的连续正转与反转；当d1=d4、d2= d5时，所述的采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置的工作过程还包括定位静止阶段，就是指当位于驱动铰链一3-1-1和驱动铰链二3-1-2中的压电叠堆3-2同时通以激励电信号，压电叠堆3-2基于其逆压电效应产生轴向的伸长，进而激励驱动足一3-1-1-1和驱动足二3-1-2-1产生侧向位移，由于驱动铰链一3-1-1和驱动铰链二3-1-2的轴向刚度相同，导致驱动足一3-1-1-1和驱动足二3-1-2-1产生的测向位移的大小相同，但方向相反，实现旋转台面2的定位。
以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置，其特征在于：包括底座(1)、旋转台面(2)、定子组件(3)和轴承(4)；所述底座(1) 通过轴承(4)与旋转台面(2)配合连接；所述底座(1) 通过定子固定螺钉(3-3)与定子组件(3)紧固连接；所述底座(1)与轴承(4)过盈配合；所述旋转台面(2) 通过驱动足一(3-1-1-1)和驱动足二(3-1-2-1)与定子组件(3)接触配合；所述旋转台面(2)与轴承(4)过盈配合。
2.根据权利要求1所述的采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置，其特征在于：所述的底座(1)包括定子支撑台(1-1)和轴承支撑柱(1-2)；所述底座(1)的上表面中部设置定子支撑台(1-1)，与定子支架(3-1-3)的下表面接触配合，防止底座(1)的上表面与驱动铰链一(3-1-1)和驱动铰链二(3-1-2)发生干涉；所述定子支撑台(1-1)上均匀设有N个定子固定螺纹孔(1-1-1)，其中N为大于等于1的正整数；所述底座(1)的上表面中部设置轴承支撑柱(1-2)；所述轴承支撑柱(1-2)的上端部设置有凸台(1-2-1)。
3.根据权利要求1所述的采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置，其特征在于：所述的旋转台面(2)包括内螺纹孔(2-1)、旋转台侧壁(2-2)、轴承安装座(2-3)和轴承限位槽(2-4)；旋转台面(2)上表面端部均匀设置有W圈内螺纹孔(2-1)，其中W为大于等于1的正整数，每圈设置有E个内螺纹孔(2-1)，其中E为大于等于1的正整数；所述旋转台面(2)的外圆周边缘设置有旋转台侧壁(2-2)；所述旋转台面(2)下表面中部设置有轴承安装座(2-3)；所述轴承安装座(2-3)的上端部设置有轴承限位槽(2-4)。
4.根据权利要求1所述的采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置，其特征在于：所述的定子组件(3)包括定子(3-1)、压电叠堆(3-2)、定子固定螺钉(3-3)、预紧螺钉(3-4)和调整垫片(3-5)；所述定子(3-1)包括驱动铰链一(3-1-1)、驱动铰链二(3-1-2)和定子支架(3-1-3)；所述驱动铰链一(3-1-1)前端横梁中部设置有驱动足一(3-1-1-1)，所述驱动铰链一(3-1-1)一侧的刚性梁一(3-1-1-4)的两侧端部设置有柔性铰链一(3-1-1-2)，所述驱动铰链一(3-1-1)的另一侧的刚性梁一(3-1-1-4)的两侧端部设置有柔性铰链二(3-1-1-3)，柔性铰链二(3-1-1-3)与柔性铰链一(3-1-1-2)的厚度之比的取值范围为0.1~0.9；通过改变刚性梁一(3-1-1-4)厚度可以改变驱动铰链一(3-1-1)的轴向刚度；所述驱动铰链一(3-1-1)设置有压电元件固定槽一(3-1-1-5)；
所述驱动铰链二(3-1-2)前端横梁中部设置有驱动足二(3-1-2-1)，所述驱动铰链二(3-1-2)一侧的刚性梁二(3-1-2-4)的两侧端部设置有柔性铰链三(3-1-2-2)，所述驱动铰链二(3-1-2)的另一侧的刚性梁二(3-1-2-4)的两侧端部设置有柔性铰链四(3-1-2-3)，柔性铰链四(3-1-2-3)与柔性铰链三(3-1-2-2)的厚度之比的取值范围为0.1~0.9；通过改变刚性梁二(3-1-2-4)的厚度可以改变驱动铰链二(3-1-2)的轴向刚度；所述驱动铰链二(3-1-2)设置有压电元件固定槽二(3-1-2-5)；所述定子支架(3-1-3)外侧壁均匀设置有驱动铰链一(3-1-1)和驱动铰链二(3-1-2)，所述定子支架(3-1-3)的每个内侧壁横梁中部均设有预紧螺钉旋合孔(3-1-3-1)；所述定子支架(3-1-3)的内侧壁横梁下端设置固定耳(3-1-3-2)，所述固定耳(3-1-3-2)设有定子固定通孔(3-1-3-3)；
所述压电叠堆(3-2)安放于压电元件固定槽一(3-1-1-5)和压电元件固定槽二(3-1-2-5)内，在通电后基于逆压电效应，压电叠堆(3-2)会激励定子(3-1)产生形变，使驱动足一(3-1-1-1)和驱动足二(3-1-2-1)产生侧向位移，进而驱动旋转台面(2)的旋转台侧壁(2-2)使旋转台面(2)进行旋转；
所述调整垫片(3-5)的一侧端面与压电叠堆(3-2)接触配合，另一侧端面与压电元件固定槽一(3-1-1-5)或压电元件固定槽二(3-1-2-5)接触配合，进而对压电叠堆(3-2)进行初步预紧，并防止压电叠堆(3-2)产生切应变或受力不均。
5.根据权利要求1所述的采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置，其特征在于：所述的轴承(4)与轴承支撑柱(1-2)和轴承安装座(2-3)过盈配合，实现轴承(4)与底座(1)和旋转台面(2)的配合连接。
6.根据权利要求4所述的采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置，其特征在于：所述的驱动足一(3-1-1-1)、驱动足二(3-1-2-1)的截面形状可为半圆形、抛物线形、L型。
7.根据权利要求4所述的采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置，其特征在于：所述的柔性铰链一(3-1-1-2)、柔性铰链二(3-1-1-3) 柔性铰链三(3-1-2-2)、柔性铰链四(3-1-2-3)可为直圆型铰链、椭圆型铰链、双曲线型铰链、抛物线型铰链或直角型铰链。
8.根据权利要求4所述的采用铰链传动机构的压电驱动型精密旋转驱动装置，其特征在于：所述的调整垫片(3-5)由钨钢或45号钢制成。
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|---|---|---|---|---|
| CN112713803A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-27 | 南京航空航天大学 | 一种宏微结合压电驱动旋转作动器及其工作方法 |
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| CN112713803A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-27 | 南京航空航天大学 | 一种宏微结合压电驱动旋转作动器及其工作方法 |
| CN112713803B (zh) * | 2020-12-11 | 2021-11-05 | 南京航空航天大学 | 一种宏微结合压电驱动旋转作动器及其工作方法 |
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