CN209818594U - 一种压电式精密制动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种压电式精密制动器，所述压电式精密制动器包括：制动器固定座；成对设置的第一压电陶瓷组和第二压电陶瓷组，所述第一压电陶瓷组的一侧与所述固定座的一侧连接，所述第二压电陶瓷组的一侧与所述固定座的另一侧连接；第一弹性体，位于所述第一压电陶瓷组的另一侧；第二弹性体，位于所述第二压电陶瓷组的另一侧。本实用新型中的制动器能够实现快速、精密制动和精确定位。

Description

一种压电式精密制动器

技术领域

本实用新型涉及制动领域，特别是涉及一种压电式精密制动器。

背景技术

改革开放以来，国民经济得到快速增长，“科技创新，自主创新”已成为目前国内工业发展的主流，我国工业正逐步向集约型、节能减排、低碳的方向发展，由于受制于起步晚、技术基础薄弱以及资本投资有限，我国制动器产品以低端产品为主，业内少数领先企业坚持自主创新，加大研发投入，正在向科技含量较高的中、高端产品方向发展，制动器中、高端产品的市场份额逐渐增加，中、高端制动器企业的利润率呈上升趋势，而低端产品生产企业则因厂商众多，竞争激烈，价格呈下降趋势，同时钢材等主要原材料价格有所波动，其利润增长速度趋缓。

制动器是具有使运动部件或运动机械减速、停止或保持停止状态等功能的装置，是使机械中的运动件停止或减速的机械零件，目前国内制动器，规格品种繁杂，结构各异，通用性差，市场维修艰难，资源浪费严重。而兰文杰振子由于结构简单，紧凑且驱动效率高，因此，广泛应用于功率超声波领域。因此，有必要提供一种可靠性高，且制动效果好、结构简单的制动器。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单，成本低且制动迅速的压电式精密制动器。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种压电式精密制动器，所述压电式精密制动器包括：

制动器固定座；

成对设置的第一压电陶瓷组和第二压电陶瓷组，所述第一压电陶瓷组的一侧与所述固定座的一侧连接，所述第二压电陶瓷组的一侧与所述固定座的另一侧连接；

第一弹性体，位于所述第一压电陶瓷组的另一侧；

第二弹性体，位于所述第二压电陶瓷组的另一侧。

可选的，所述第一压电陶瓷组和所述第二压电陶瓷组中的压电陶瓷片的数量均至少为2片。

可选的，所述第一压电陶瓷组和所述第二压电陶瓷组的数量均为1组。

可选的，所述第一弹性体的材质为金属。

可选的，所述第一弹性体的材质为铜或钢。

可选的，所述第二弹性体的材质为金属。

可选的，所述第二弹性体的材质为铜或钢。

可选的，所述压电式精密制动器还包括：

螺栓，用于连接所述第一弹性体、所述第二弹性体、所述第一压电陶瓷组、第二压电陶瓷组以及所述固定座。

可选的，所述第一弹性体的一端开设有内螺纹，所述第二弹性体的一端开设有外螺纹，通过所述内螺纹和所述外螺纹将所述第一压电陶瓷组、所述第二压电陶瓷组以及所述固定座紧固为一体。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型中的制动器，通过设置制动器固定座、第一压电陶瓷组、第二压电陶瓷组、第一弹性体、第二弹性体，通过在第一压电陶瓷组和第二压电陶瓷组上施加直流电压或者超声频率的交流电压，可使得制动器伸长、缩短或者在轴向产生超声波频率的微幅伸缩振动，制动速度可达毫秒级，能够实现快速、精密制动和精确定位。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例压电式精密制动器处于初始状态时结构示意图；

图2为本实用新型实施例压电式精密制动器处于工作状态时结构示意图；

图3为本实用新型实施例压电式精密制动器对转子进行制动时结构示意图；

图4为本实用新型实施例压电式精密制动器对动子进行制动时结构示意图；

图5为本实用新型实施例压电式精密制动器通交流电压时工作状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种结构简单，成本低且制动迅速的压电式精密制动器。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例压电式精密制动器处于初始状态时结构示意图，如图1所示，所述制动器包括：

制动器固定座1；

成对设置的第一压电陶瓷组2和第二压电陶瓷组3，所述第一压电陶瓷组2的一侧与所述固定座1的一侧连接，所述第二压电陶瓷组3的一侧与所述固定座1的另一侧连接；

第一弹性体4，位于所述第一压电陶瓷组2的另一侧；

第二弹性体5，位于所述第二压电陶瓷组3的另一侧。

具体的，所述第一压电陶瓷组2和所述第二压电陶瓷组3中的压电陶瓷片的数量均至少为2片，且为偶数，在相同的工作条件下，压电陶瓷片的数量越多，振子的伸缩量越大、制动力越大。

具体的，所述第一压电陶瓷组2和所述第二压电陶瓷组3的数量均为1组。

具体的，所述第一弹性体4的材质为铜或钢。

具体的，所述第二弹性体5的材质为铜或钢。

具体的，所述压电式精密制动器还包括：

螺栓(图中未示出)，用于连接所述第一弹性体4、所述第二弹性体5、所述第一压电陶瓷组2、第二压电陶瓷组3以及所述固定座1。

作为另外一个实施例，所述第一弹性体4的一端开设有内螺纹，所述第二弹性体5的一端开设有外螺纹，通过所述内螺纹和所述外螺纹将所述第一压电陶瓷组2、所述第二压电陶瓷组3以及所述固定座1紧固为一体。

压电制动器由于应用了压电材料的逆压电效应，具有响应快、输出力大的显著特点，制动速度可以达到毫秒级，能实现快速、精密制动和精确定位。比如，对于作直线运动的动子来说，制动和定位的位置精度可以达到微米级，因而适用于需要精密制动和定位的场合。同时，该种制动器结构非常简单，因而可靠性好、成本低，有利于推广应用。

图2为本实用新型实施例压电式精密制动器处于工作状态时结构示意图，如图2所示，当在所述第一压电陶瓷组2和所述第二压电陶瓷组3上施加合适的直流电压时，由于逆电压效应，压电陶瓷组就会产生轴向的伸长变形，进而导致制动器伸长了2ΔL，其中，图2中的箭头表示制动器的伸长方向。当然，如果施加的直流电压极性相反，制动器也会缩短。

图3为本实用新型实施例压电式精密制动器对转子进行制动时结构示意图，其中图3中的(a)部分是制动器未通电的情况，处于自然初始状态，制动器与转子上的制动盘未接触，转子在运转，图3中的(b)部分为本实用新型实施例压电式精密制动器对转子进行制动时结构示意图，当制动器通电，即，在第一压电陶瓷组2和第二压电陶瓷组3上施加合适的直流电压，制动器伸长，实现制动，其中，图3中的(b)部分中的箭头表示制动器的伸长方向。

图4为本实用新型实施例压电式精密制动器对动子进行制动时结构示意图，其中图4中的(a)部分是制动器未通电的情况，处于自然初始状态，此时，制动器与动子并未接触。图4中的(b)部分是制动器通电，即，在第一压电陶瓷组2和第二压电陶瓷组3上施加合适的直流电压，制动器伸长，实现对动子的制动，其中，图4中的(b)部分中的箭头表示制动器的伸长方向。

图5为本实用新型实施例压电式精密制动器通交流电压时工作状态示意图，如图5所示，压电式精密制动器还有一种交流工作方式，其制动原理如图5所示，其中图5中的(a)部分为制动器的断电状态(或初始状态)。此时，在转子制动盘与制动器之间有合适的预压力，转子被锁紧，即转子处于制动状态，其中图5中的(a)部分中的箭头表示预压力。如图5中的(b)部分和图5中的(c)部分所示，制动器一旦通电，即在压电陶瓷组上施加合适的超声频率的交流电压时，就会激发出制动器沿其轴向的一阶纵振模态，制动器在其轴向产生超声频率的伸缩振动，转子就被释放，转子开始转动。需要说明的是，制动器产生的是超声频率的微幅振动，图5中的(b)部分和图5中的(c)部分中的ΔL代表制动器的振幅，其数量级是微米级的。因此，看上去制动器与制动盘似乎若即若离，实际上制动盘(或转子)被完全释放。

对于交流工作方式，制动器相当于一个兰杰文振子。在这里，利用的是兰杰文振子的一阶纵振模态，即压电陶瓷组上所施加交流电压的超声频率是兰杰文振子的一阶纵振共振频率，此频率也就是制动器的工作频率。压电陶瓷组和制动器固定座应位于一阶纵振振型的节面处，这样激振效率最佳。另外，所采用的压电陶瓷，可以是由多个压电片构成的压电陶瓷组，也可以是单层厚度为微米级的层叠式压电叠堆。

压电精密制动器的两种工作方式可根据工程实际的需要进行选择。直流制动方式属于“常开”型，即不通电不制动、通电才制动；交流制动方式正好相反，属于“常闭”型。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种压电式精密制动器，其特征在于，所述压电式精密制动器包括：

制动器固定座；

成对设置的第一压电陶瓷组和第二压电陶瓷组，所述第一压电陶瓷组的一侧与所述固定座的一侧连接，所述第二压电陶瓷组的一侧与所述固定座的另一侧连接；

第一弹性体，位于所述第一压电陶瓷组的另一侧；

第二弹性体，位于所述第二压电陶瓷组的另一侧。

2.根据权利要求1所述的压电式精密制动器，其特征在于，所述第一压电陶瓷组和所述第二压电陶瓷组中的压电陶瓷片的数量均至少为2片。

3.根据权利要求1所述的压电式精密制动器，其特征在于，所述第一压电陶瓷组和所述第二压电陶瓷组的数量均为1组。

4.根据权利要求1所述的压电式精密制动器，其特征在于，所述第一弹性体的材质为金属。

5.根据权利要求1所述的压电式精密制动器，其特征在于，所述第一弹性体的材质为金属铜或钢。

6.根据权利要求1所述的压电式精密制动器，其特征在于，所述第二弹性体的材质为金属。

7.根据权利要求1所述的压电式精密制动器，其特征在于，所述第二弹性体的材质为铜或钢。

8.根据权利要求1所述的压电式精密制动器，其特征在于，所述压电式精密制动器还包括：

螺栓，用于连接所述第一弹性体、所述第二弹性体、所述第一压电陶瓷组、第二压电陶瓷组以及所述固定座。

9.根据权利要求1所述的压电式精密制动器，其特征在于，所述第一弹性体的一端开设有内螺纹，所述第二弹性体的一端开设有外螺纹，通过所述内螺纹和所述外螺纹将所述第一压电陶瓷组、所述第二压电陶瓷组以及所述固定座紧固为一体。