SU1123070A1

SU1123070A1 - Linear piezoelectric drive

Info

Publication number: SU1123070A1
Application number: SU833605372A
Authority: SU
Inventors: Александр Федорович Луговской; Александр Васильевич Узунов; Александр Федорович Домрачев
Original assignee: Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Priority date: 1983-06-15
Filing date: 1983-06-15
Publication date: 1984-11-07

Description

Изобретение относитс к пьезотех HHKGj. а более конкретно к пьезозлек ркческим приводам, и может быть использоваро при созланв приводов станкор, автоматических линий и мани-пул торов .. Известе линейный привод, содержащий стержень, установленный с воз можностью возвратно-поступательного перемещени , и генератор деформаций в виде пьезокер.амической пластины, установленной; под углом к поверхности стержн . l. . Недостатком указанной конструкции вл етс низка долговечность. Стержень приводитс в движение ;3.а счет косых ударов со стороны пьезокерамической пластины генератора. .Это ведет к быстрому. износу пове.рхноети С.тержнк и рабочей . грани пьезо пластины. Кроме того, примене:нный принцип, преобразовани колебательных перемещений в линейное не позво л ет получать большие скорости перем гщенк из-за малых маплитуд колеба;ний пье/зокерамической пластины. Известен также линейный пьез оэ .пектркческий. привод, содержащий корпус, установленный Б нем электро механический движитель, выполненный в виде трех-последовательно соеди. ненных между собой пьезо.керамических трубчатых элёментоа, средний из которых жестко соединен с корпусом, и подвижное звено, установленное в электромеха ическом движителе- с воз можностью осевого .перемещени и с нат гом отно.сительно крайних пьезокерамических э.лементо1з, . В и;зве.стном прнвод.е подвижное звено выполнено в виде гладкого стержн . Первмащение стержн осуществл етс за счет последовательных подключений пьезокерамических трубок к напр жению, что приводит .к .пocпeдoвaтeльнo ty разжатию а диамет раль.нок направлении крайних трубок и удлинению центральной трубки. Подобна KOhwyTaiiMH приводит к шаговому перемещению стержн - выходног /ЭБена 2 . . . , Недостатком известного привода вл етс стносительно мала скорост перемещени , что обусловлено ( дам: незка--1кт«эльности радиаль ных деформги ий крайних пьеэокерамических трубок контактируищие по.верх кости самих трубок и стержн приходитсн выполн ть с большой чистотой, . что ведет к сгзижению коэффициента лтрени . Дл увеличении усили на трубки приходите подавать повышенное напр жение, однако высокое мапр же ше питани не позвол ет осуадестЕл тъ коммутацию с большой частотой . Поэтому привод не позйол ет обе-спечи ь высокуа скорость перзмещени , например, такую, котора требуетс в манипул торах промынтенных роботов, нде наиболее целесообразно использовать рассматриваемый при вод, в которых необходима скорость превышает. м/п. Целью изобретени вл етс уз.еличение скорости перемещени . Поставленна цель достигаетс тем,.что. в линейном пьезоэлектрическом приарде, содержащем корпус, электромеханический движитель, выполненный в виде трек последовательно соединённых п.ьезокерамических трубчатых элементов, средний из которых жестко соединен с корпусом, и подвижное звено, установленное в электромеханичепкомдвижителе с возможностью осевого перемещени и с нат гом относительно крайних пьезокерам11ческих элементов, подвижное звено выполнено 13 виде поршн с осе .вым сквозным отверстием, уплотнен- . ного относи1ельно корпуса, который, делит корпус на две герметичные камеры , заполненные жидкостью, и двухступенчатого цилиндрического плунжера , который ступенью большего диаметра уплотнен в осевом сквозном отверстии поршн , а ступенью меньшего диаметра - в торцовом отверстии корпуса j при этом в .ступени большего днаметра плунжера выполнено осевое продольное отверстие, диаметр ко.торогр равен диаме.тру меньшей ступени, отверст.ие это с.оединено с атмоцферой каналом, выполненньтм в ступени tJte.Hbmero диаметра, а; в продольном отверстии плунжера подвижно установлен уплотненный относительно -него стержень, консольно закрепленный на торце корпуса. На чертеже изображена схема линейного- принода. Линейный привод образован корпусом 1, .в котором подвижно установлен поршень 2. Поршень 2 уплотнен относительно корпуса 1 и делит его на Две замкнутые 170ЛОСТИ 3 и 4, заполненные жидкостью. В корпусе 1 размещен электромеханический движитель , образовавши трем последовательно соединенш гми между собой пьезокерамическими -г лементами - двум крайними (5 и 6} и средней 7 трубками . Средн трубка 7 зафиксирована относителько корпуса, а крайние трубки 5 и б с нат гом: охватывают поршень 2. В nopiUHe 2 выполнено сквозноэ. осевое отверстие, в котором установлен двухступенчатый плунжер 8. Волына пЬ диаметру ступень плунжера 8 уплотнена относительно поршн 2, 3. его меньша по диаметр у ступень выходит через кЪрпус 1 наружу и уплотнен относительно корпуса . Внутри ступени большего диаметра эыполкено осевое отверстие 9,This invention relates to a piezo-tech HHKGj. and more specifically to piezoelectric actuators, and can be used to assemble stancore drives, automatic lines and man-controller drives. It is known a linear actuator containing a rod installed with reciprocating movement, and a strain generator in the form of piezokeric plate mounted; at an angle to the surface of the rod. l. . The disadvantage of this design is low durability. The rod is set in motion; 3.a account of oblique strikes from the side of the piezoceramic plate of the generator. This leads to fast. wear pover.rhnoety S.Strong and working. faces of the piezo plate. In addition, the application of the principle, the conversion of oscillatory displacements into a linear one, makes it impossible to obtain high transfer speeds due to small oscillations of the vibrating / ceramic plate. Also known linear piez oe. Spectrum. an actuator comprising a housing, an electromechanical propulsion unit installed therein, made in the form of a three-series connection. interconnected piezoceramic tubular elements, the middle of which is rigidly connected to the housing, and a movable link installed in the electromechanical propulsion unit with the possibility of axial displacement and with tension relative to the extreme piezoceramic elements. In and; zv.stnom prnvod.e movable element is made in the form of a smooth rod. The rod is primed with the help of successive connections of piezoceramic tubes to a voltage, which leads to a directional depressing and diameter ral to the ends of the extreme tubes and to the elongation of the central tube. Similar to KOhwyTaiiMH leads to a step-by-step movement of the rod - output / EBen 2. . . The disadvantage of the known drive is the motion speed is low, which is due to (dam: nek - 1kt) the radial deformations of the extreme piezoceramic tubes that contact the bones of the tubes themselves and the rod themselves must be performed with great purity, which leads to shrinkage Loss of Coefficient. To increase the force on the tubes, come to apply an increased voltage, however, a high power supply level does not allow the commutation to occur at high frequency. Therefore, the drive does not provide both high and low voltage. speed of displacement, for example, such that is required in the manipulators of the industrial robots, it is most appropriate to use the one considered in waters in which the required speed exceeds m / n. The aim of the invention is to increase the speed of the movement. in a linear piezoelectric part, comprising a housing, an electromechanical propulsion device, made in the form of a track of series-connected piezoceramic tubular elements, the middle of which is rigidly connected to the housing, a movable member installed in elektromehanichepkomdvizhitele axially movable with respect to the extreme interference fit pezokeram11cheskih elements movable member 13 formed as a piston with wasp .vym through hole compacted. relative to the housing, which divides the housing into two sealed chambers filled with liquid, and a two-stage cylindrical plunger, which is sealed in an axial through hole of the piston by a step of larger diameter and in a step of a larger diameter of the plunger in a step of smaller diameter in an axial longitudinal hole is made, the diameter of a co.torog is equal to the diameter of a smaller stage, the opening is connected to the atmosphere by a channel made in the tJte.Hbmero stage of diameter, a; In the longitudinal opening of the plunger, a core is sealed relative to the axle, which is cantilever-mounted on the end of the body. The drawing shows a linear circuit diagram. The linear actuator is formed by a housing 1, in which the piston 2 is movably mounted. The piston 2 is sealed relative to the housing 1 and divides it into two closed 170 LISTS 3 and 4 filled with liquid. In case 1, an electromechanical propulsion device is placed, forming three piezoceramic –g elements in series between two extreme (5 and 6} and middle 7 tubes. The middle tube 7 is fixed relative to the body, and the extreme tubes 5 and with tension: cover the piston 2. The nopiUHe 2 has a through-axial hole in which a two-stage plunger is installed 8. The wave of a diameter of the plunger 8's stage is sealed relative to the piston 2, 3. its smaller diameter at the stage goes through the rig 1 to the outside and is sealed inside the larger diameter stage there is an axial bore 9,

диаметр которого равен диаметру меньшей ступени и которое .соединено с атмосферой каналом 10, выполненнь м в ступени меньшего диаметра, В от верстие 9 заведен стержень 11, который уплотнён относительно отверсти S и зафиксирован относкте ьно корпуса 1 консольно.the diameter of which is equal to the diameter of the smaller step and which is connected to the atmosphere by channel 10, is made in a step of smaller diameter, a rod 11 is wound up from version 9, which is sealed relative to the opening S and fixed relative to the body 1 of the cantilever.

Привод работает следующим обра .;зом. , .The drive works as follows; ,

На; один из крайних пьезокерамических элементов электромеханического движител ,, например трубку 5, подаетс напр жение посто нного тогка . В результате обратного пьезоэф .фекта трубка 5 разжимаетс т радиальном напраэлении и образуетс зазор между внутренней поверхностью трубки 5 и поршнем 2. После этого напр жение посто нного тока подводитс к средней трубке 7, что приводит к ее удлинению в осевом направлении . Поскольку трубка 7 зафиксирована относительно корпуса 1, то будучи соединена с трубкой 6, охватыв ющей с нат гом поршнеь 2, она смещает в осевом направлении относительно .корпуса 1 трубку б и соответственно поршень 2. В следующей фазе напр жение, посто нного тока снимаетс с трубки 5, в результате чего она сжимаетс и вновь захватывает пор- шень 2, а к трубке б подводитс напр жение и она освобождает поршень 2. Теперь сн тие напр жени со средией трубки 1-. привод итее к ее продольнойу сжатий, приводит к очередному осевому сдвигу поршн 2 относительно , корпуса 1. В результате сдвига поршн 2 повымаетс давление в щэлбрти 4 и уг еньшаетс в полосТй 3,В полости 4 давление действует на кольцевую поверхйость ступени большего диаметра плунжера приводит к его вьщвиженик) из корпуса 1.,... -,.. On; One of the extreme piezoceramic elements of the electromechanical propulsion device, for example, the tube 5, is supplied with the voltage of a constant voltage. As a result of the inverse piezoelectric effect, the tube 5 is expanded in a radial direction and a gap is formed between the inner surface of the tube 5 and the piston 2. Thereafter, the DC voltage is applied to the middle tube 7, which leads to its elongation in the axial direction. Since the tube 7 is fixed relative to the housing 1, being connected to the tube 6, which covers the piston 2 with tension, it displaces axially relative to body 1 tube b and, accordingly, piston 2. In the next phase the voltage is removed from direct current tube 5, as a result of which it compresses and re-grips the piston 2, and a voltage is applied to the tube b and it releases the piston 2. Now the stress relieving is among the tube 1-. the drive to its longitudinal compression leads to the next axial displacement of the piston 2 relative to the housing 1. As a result of the displacement of the piston 2, pressure in the squeegee 4 rises and is compressed in the strip 3, In the cavity 4, the pressure acts on the annular surface of a step of a larger plunger diameter his step) from the housing 1., ... -, ..

Плунжер 8 выдвигаетс на величину , пропорциональную объему жидкости , вытесненному поршнем 2. А ПОСКОЛЬКУ кольцева поверхность торца плунжера 8 значительно меньше кольцевой повер хности торца поршн 2, то и смегдевие плунжера 8 происходит на величину,. экачит льно превышающую см«эмвнйе поршн 2, что и обеспечивает высокую скорос-зть. перемещени нлунжера 8. Поскольку в плунжере 8 конструктивно обеспечено равенство пло-, щадей торцовых поверхностей, наход щихс в обеих полост х, то при смещении поршн 2 и выдвижении из кор- пуса 1 ступени меньшего диаметраThe plunger 8 extends by an amount proportional to the volume of fluid displaced by the piston 2. And since the annular surface of the end face of the plunger 8 is much smaller than the annular surface of the end face of the piston 2, the smeggey of the plunger 8 occurs by ,. It echo flaxally exceeding cm “emvne piston 2, which ensures a high speed. The displacer 8 moves. Since the plunger 8 is structurally ensured the equality of the spares and end surfaces located in both cavities, when the piston 2 is displaced and out of the case 1 of a smaller diameter

плунжера В объемы полостей 3 и 4 всегда остаютс посто нными. Эта важна особенность позвол ет приводу при конструктивном, обеспечении при конструктивном обеспечении пер0 воначального равенства объемов полостей 3 и 4 быть нечувствительным к температурным расширени м жидкости , так как в полост х, имек цих одинаковый и не мен юидайс в процессеthe plunger In the volume of the cavities 3 and 4 always remain constant. This important feature allows the drive to be insensitive to temperature expansions of the fluid when the initial equality of the volumes of the cavities 3 and 4 is constructive, since in the cavities, they are identical and do not change in the process.

5 работы объем, расширение жидко.сти приводит только к одинаковому повышению давлени в полост х и плун .жер 8 остаетс неподвижным, т.е. не наблюдаетс вление сползани 5, the volume, the expansion of the liquid, leads only to the same increase in pressure in the cavities and the plunger 8 remains stationary, i.e. no creeping

0 привода, которое характерно дл обычных приводов объемного регулировани - ..0 drive, which is typical for conventional volume control drives - ..

При изменении последовательности коммутации пьезокерамических тру5:бок 5 - 7 обеспечиваетс обратное движение поршн 2и вт гивание в корпус 1 плунжера 8.When changing the switching sequence of the piezoceramic pipe5: side 5-7, the piston 2 moves backward and is retracted into the housing 1 of the plunger 8.

Линейный привод позвол ет совмес-: тить преимущества пьезоэлектрических приводов, работающих от электросети, т.е. не требующих автономных и громоздких источников энергии, а также обладающих большой простотой, ком пактностью и по-гаробезопасностью, и пpeимyщectвa объемного гИдроприво5 да, позвол ющего легко повышать скорости перемещени при уменьшении передаваемого усили . Привод отвечает всем требовани м, предъ вл емым к приводам манипул торов промышленныхA linear drive allows you to combine the advantages of piezoelectric drives powered by the mains, i.e. not requiring autonomous and bulky energy sources, as well as having great simplicity, compactness and safety, and the advantages of a volumetric hydraulic drive that allows to easily increase the speed of movement while reducing the transmitted force. The drive meets all the requirements for industrial manipulators

0 .роботов, обладает высокой точностью и нечувствительностью к температурным расширени м. Высока точность привода обеспечиваетс малой дискрет ,ностью его шагов, обеспечиваемой его0 robots, has high accuracy and insensitivity to temperature expansions. The high accuracy of the drive is ensured by the small discretion of its steps, ensured by its

5 пьезокерамическим генератором. При этом привод не требует наличи громоздких насосных установок с электродвигател ми и .сложной распределительной дросселнрук цей аппаратуры.5 piezo-ceramic generator. At the same time, the drive does not require the presence of bulky pumping units with electric motors and complex distribution equipment.

0 Привод хорс аО стыкуе сй с программ . ными устройствами, так как вл етс дискретным приводом, и количество его шагов, определ ющее величину перемещени , может быть легко запрограммировано и проконтролировано.0 Drive horse aO dock with programs. The devices, since they are discrete drives, and the number of steps, which determine the amount of movement, can be easily programmed and controlled.

Claims

LINEAR PZOELECTRIC ACTUATOR, comprising a housing, an electromechanical mover mounted therein, made in the form of three series-connected piezoceramic tubular elements, the middle of which is rigidly connected to the housing, and a movable link mounted in an electromechanical mover with axial movement and interference with respect to the extreme piezoceramic elements characterized in that. that, in order to increase the speed of movement, the movable link is made in the form of a piston with an axial through hole sealed relative to the housing, which divides the housing into two sealed chambers filled with liquid, and a two-stage cylindrical plunger, which is sealed with a larger diameter step in the axial through hole of the piston, and a step of a smaller diameter - in the end hole of the housing, while in the step of a larger diameter of the plunger an axial longitudinal hole is made, the diameter of which is equal to the diameter of a smaller step and, this opening is connected to the atmosphere by a channel made in a · step of smaller diameter, and a rod compacted relative to it movably mounted on the end of the housing is movably mounted in the longitudinal hole of the plunger g.

1 1123070