專利名稱：一種壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電驅(qū)動運(yùn)動裝置，具體涉及一種組合振子作為定子的壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置。
背景技術(shù)：
壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置特別適合精密驅(qū)動，光學(xué)儀器，機(jī)床控制等領(lǐng)域等應(yīng)用。這種裝置主要由定子(或振子)，動子(或?qū)к?，支撐結(jié)構(gòu)和加壓系統(tǒng)等組成。工作中利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在定子驅(qū)動部分產(chǎn)生斜向或橢圓運(yùn)動，借助于接觸摩擦力驅(qū)動動子單向直線或往復(fù)直線運(yùn)動。目前，實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動的振子結(jié)構(gòu)有多種形式，其中組合振子是較常用振子，它包括兩種結(jié)構(gòu)，經(jīng)文獻(xiàn)檢索，中國專利申請?zhí)枮?00810124426.2的發(fā)明專利申請?zhí)岢鲆环N一體組合的振子，中國專利號為03132540.8的發(fā)明專利提出一種分離組合振子，組合振子結(jié)構(gòu)經(jīng)常采用振子固定導(dǎo)軌運(yùn)動的傳動方式，如中國專利申請?zhí)枮?00810124426.2的發(fā)明專利申請?zhí)岢龅腒形直線電機(jī)結(jié)構(gòu)；在某些場合也采用導(dǎo)軌固定振子移動方式，對于振子移動的方式，通電之后可以實(shí)現(xiàn)振子沿導(dǎo)軌的直線運(yùn)動。但是，目前將該組合振子作為定子的直線驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如中國專利號為201010018343.2的發(fā)明專利提出的支撐部分采用軸承結(jié)構(gòu)，影響了驅(qū)動裝置的可靠性；另一個(gè)共同特點(diǎn)是都采用單一組合振子結(jié)構(gòu)，驅(qū)動力小。由于壓電裝置的支撐和夾緊對工作性能有重要影響，暫時(shí)沒有一種專門針對該組合振子的支撐機(jī)構(gòu)，使該直線驅(qū)動裝置產(chǎn)生較大的驅(qū)動力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有單一組合振子作為定子的直線驅(qū)動裝置采用軸承作為支撐結(jié)構(gòu)，驅(qū)動力較小且 結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，進(jìn)而提供一種壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置。本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明的一種壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置包括上支撐架、下支撐架、直線導(dǎo)軌、導(dǎo)向套、兩套預(yù)緊機(jī)構(gòu)和兩套定子，每套定子包括兩個(gè)振子，每個(gè)振子包括前端蓋、后端蓋、電極片和壓電陶瓷，前端蓋和后端蓋之間設(shè)置有電極片和壓電陶瓷且四者連接為一體，每套定子的兩個(gè)振子的前端蓋連為一體，且兩個(gè)振子的中心線之間的夾角為30° 90°，兩個(gè)振子的連接處為驅(qū)動足，上支撐架和下支撐架分別設(shè)置在直線導(dǎo)軌的上下兩側(cè)，兩套定子分別設(shè)置在上支撐架和下支撐架上，上支撐架的一端和下支撐架的一端轉(zhuǎn)動連接，上支撐架的另一端和下支撐架的另一端通過兩套預(yù)緊機(jī)構(gòu)連接，預(yù)緊機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)兩個(gè)定子對直線導(dǎo)軌的預(yù)緊力，兩套預(yù)緊機(jī)構(gòu)正對設(shè)置，導(dǎo)向套與所述上支撐架的一側(cè)轉(zhuǎn)動連接，直線導(dǎo)軌的一端穿過導(dǎo)向套，直線導(dǎo)軌的另一端在兩個(gè)預(yù)緊機(jī)構(gòu)之間穿過并與兩個(gè)預(yù)緊機(jī)構(gòu)接觸，兩個(gè)驅(qū)動足正對設(shè)置在位于導(dǎo)向套和兩個(gè)預(yù)緊機(jī)構(gòu)之間的直線導(dǎo)軌上并分別夾緊直線導(dǎo)軌。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用兩套定子，每套定子由兩個(gè)振子組合連接一起形成單一組合振子，上支撐架的另一端與下支撐架的另一端通過兩套預(yù)緊機(jī)構(gòu)連接，兩個(gè)驅(qū)動足夾緊直線導(dǎo)軌，通過預(yù)緊機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)控制兩個(gè)定子對直線導(dǎo)軌的預(yù)緊，進(jìn)而保證了兩套定子的振子對直線導(dǎo)軌的預(yù)緊力的一致性，這種一致性的預(yù)緊力的調(diào)整不會因?yàn)檎褡域?qū)動足的磨損而受到影響，不會阻礙導(dǎo)軌的運(yùn)行，同時(shí)，預(yù)緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)軌的輔助導(dǎo)向作用，使用時(shí)，通過對每套定子的兩個(gè)振子采用合理的加電方式激勵(lì)壓電陶瓷振動，每套定子的兩個(gè)振子上激勵(lì)出電壓相位差均為η/2的振動模態(tài)，保證兩套定子產(chǎn)生一致的驅(qū)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)定子對導(dǎo)軌的驅(qū)動作用，也即保證直線導(dǎo)軌向一個(gè)方向運(yùn)動，從而解決了使用軸承作為支撐軌摩擦力大，振子對導(dǎo)軌產(chǎn)生的驅(qū)動推力較小的問題。為了防止直線導(dǎo)軌在運(yùn)動過程中產(chǎn)生擺動，運(yùn)行不穩(wěn)定，本發(fā)明設(shè)置了導(dǎo)向套，直線導(dǎo)軌穿設(shè)在導(dǎo)向套上，通過導(dǎo)向套-兩個(gè)驅(qū)動足來對直線導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向，上支撐架的一端和下支撐架的一端轉(zhuǎn)動連接，因此，當(dāng)振子驅(qū)動足與導(dǎo)軌發(fā)生磨損，由于預(yù)緊力的存在，上支撐架和下支撐架會向著對方旋轉(zhuǎn)一個(gè)小角度，此時(shí)，導(dǎo)軌也發(fā)生相對運(yùn)動，導(dǎo)向套也可以相對上支撐架轉(zhuǎn)動，導(dǎo)向套可以自適應(yīng)導(dǎo)軌的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使導(dǎo)軌與導(dǎo)向套之間不存在正壓力，此時(shí)，只有驅(qū)動足存在對導(dǎo)軌的摩擦，該摩擦力即為驅(qū)動導(dǎo)軌運(yùn)行的動力，本發(fā)明對導(dǎo)軌的阻力降到近似為零，有效地降低了驅(qū)動力的損失，提高了驅(qū)動負(fù)載的能力，本發(fā)明采用兩套定子，每套定子由兩個(gè)振子組合連接一起形成單一組合振子，兩振子中心線夾角為30° 90°，相比單一組合振子的現(xiàn)有裝置驅(qū)動力15牛頓提高了 80% 100%。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，體積小，對接觸表面的磨損具有自適應(yīng)能力，采用雙組合振子的結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生較大的推力，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的直線運(yùn)動，運(yùn)動穩(wěn)定，適用領(lǐng)域廣，本發(fā)明的負(fù)載能力始終低于由靜摩擦所能提供的驅(qū)動力。


圖1是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1的右視圖，圖3是圖1的左視圖，圖4是圖1的俯視圖，圖5是本發(fā)明的主剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:結(jié)合圖1 圖5說明本實(shí)施方式,本實(shí)施方式的一種壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置包括上支撐架1、下支撐架8、直線導(dǎo)軌7、導(dǎo)向套12、兩套預(yù)緊機(jī)構(gòu)17和兩套定子，每套定子包括兩個(gè)振子18，每個(gè)振子18包括前端蓋10、后端蓋2、電極片3和壓電陶瓷4，前端蓋10和后端蓋2之間設(shè)置有電極片3和壓電陶瓷4且四者連接為一體，每套定子的兩個(gè)振子18的前端蓋10連為一體，且兩個(gè)振子18的中心線之間的夾角β為30° 90°，兩個(gè)振子18的連接處為驅(qū)動足10-1，上支撐架I和下支撐架8分別設(shè)置在直線導(dǎo)軌7的上下兩側(cè)，兩套定子分別設(shè)置在上支撐架I和下支撐架8上，上支撐架I的一端和下支撐架8的一端轉(zhuǎn)動連接，上支撐架I的另一端和下支撐架8的另一端通過兩套預(yù)緊機(jī)構(gòu)17連接，預(yù)緊機(jī)構(gòu)17用于調(diào)節(jié)兩個(gè)定子對直線導(dǎo)軌7的預(yù)緊力，兩套預(yù)緊機(jī)構(gòu)17正對設(shè)置，導(dǎo)向套12與所述上支撐架I的一側(cè)轉(zhuǎn)動連接，直線導(dǎo)軌7的一端穿過導(dǎo)向套12，直線導(dǎo)軌7的另一端在兩個(gè)預(yù)緊機(jī)構(gòu)17之間穿過并與兩個(gè)預(yù)緊機(jī)構(gòu)17接觸，兩個(gè)驅(qū)動足10-1正對設(shè)置在位于導(dǎo)向套12和兩個(gè)預(yù)緊機(jī)構(gòu)17之間的直線導(dǎo)軌7上并分別夾緊直線導(dǎo)軌7。本實(shí)施方式的壓電陶瓷為組合壓電陶瓷。
具體實(shí)施方式
二:結(jié)合圖2和圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述每套預(yù)緊機(jī)構(gòu)17包括連接桿6、第一螺母16和彈性部件14，連接桿6穿過上支撐架I和下支撐架8，位于下支撐架8下端的連接桿6上穿設(shè)有一彈性部件14，連接桿6的下端與第一螺母16螺紋連接，連接桿6的上端與上支撐架I可拆卸連接。本實(shí)施方式的彈性部件優(yōu)選用剛度小的彈性部件，本實(shí)施方式通過擰緊第一螺母來調(diào)整彈性部件的壓縮量，將上下兩個(gè)定子的驅(qū)動足(每個(gè)定子中的兩個(gè)振子)預(yù)緊到直線導(dǎo)軌上，并實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力大小的調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，調(diào)節(jié)控制可靠穩(wěn)定。其它與具體實(shí)施一相同。
具體實(shí)施方式
三:結(jié)合圖2和圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述兩個(gè)彈性部件14均為螺旋彈簧。本實(shí)施方式優(yōu)選用剛度小的螺旋彈簧，本實(shí)施方式的螺母可為六角螺母，通過擰緊第一螺母來調(diào)整螺旋彈簧的壓縮量，將上下兩個(gè)定子的驅(qū)動足(每個(gè)定子中的兩個(gè)振子)預(yù)緊到直線導(dǎo)軌上，由于彈簧剛度小，通過定量調(diào)整彈簧的壓縮量，可定量計(jì)算出預(yù)緊力，從而定量地施加預(yù)緊力，由于磨損量很小，磨損導(dǎo)致的預(yù)緊力變化量可以忽略不計(jì)，能實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力大小調(diào)整效果更好。其它與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四:結(jié)合圖2和圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述每套預(yù)緊機(jī)構(gòu)17還包括導(dǎo)向柱5，所述導(dǎo)向柱5為階梯式空心導(dǎo)向柱，導(dǎo)向柱5穿設(shè)在位于上支撐架I和下支撐架8之間的連接桿6上，且導(dǎo)向柱5的小直徑端插接在上支撐架I的下端面上，直線導(dǎo)軌7的另一端在兩個(gè)導(dǎo)向柱5的大直徑端之間穿過，并與兩個(gè)導(dǎo)向柱5的大直徑端的側(cè)面接觸。如此設(shè)置，便于對直線導(dǎo)軌的輔助導(dǎo)向作用。其它與具體實(shí)施方式
二或三相同。
具體實(shí)施方式
五:結(jié)合圖1和圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述裝置還包括第一圓柱銷11，上支撐架I的一端和下支撐架8的一端通過第一圓柱銷11轉(zhuǎn)動連接。如此設(shè)置，連接方便可靠，轉(zhuǎn)動效果好。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六:結(jié)合圖1 圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述直線導(dǎo)軌7為方形導(dǎo)軌，所述導(dǎo)向套12為‘回’字形導(dǎo)向套。如此設(shè)置，滿足實(shí)際需要，能有效的實(shí)現(xiàn)直線導(dǎo)軌的導(dǎo)向作用。其它與具體實(shí)施方式
一或五相同。
具體實(shí)施方式
七:結(jié)合圖1和圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述裝置還包括兩個(gè)第二圓柱銷13，導(dǎo)向套12與上支撐架I分別通過兩個(gè)第二圓柱銷13轉(zhuǎn)動連接。如此設(shè)置，滿足實(shí)際需要，能有效的滿足驅(qū)動足對直線導(dǎo)軌預(yù)緊時(shí)上支撐架和下支撐架的轉(zhuǎn)動對導(dǎo)向套的影響，使導(dǎo)軌與導(dǎo)向套之間不存在正壓力。其它與具體實(shí)施方式
一或五相同。
具體實(shí)施方式
八:結(jié)合圖1和圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述每套預(yù)緊機(jī)構(gòu)17還包括第二螺母9，連接桿6的上端通過第二螺母9與上支撐架I可拆卸連接。如此設(shè)置，連接可靠，使用簡便。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
九:結(jié)合圖2-圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述裝置還包括四個(gè)螺釘15，每個(gè)振子18上的電極片3和壓電陶瓷4通過四個(gè)螺釘15與前端蓋10和后端蓋2可拆卸連接。如此設(shè)置，連接可靠，使用簡便。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.一種壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置，其特征在于:所述裝置包括上支撐架(I)、下支撐架(8)、直線導(dǎo)軌(7)、導(dǎo)向套(12)、兩套預(yù)緊機(jī)構(gòu)(17)和兩套定子，每套定子包括兩個(gè)振子(18)，每個(gè)振子(18)包括前端蓋(10)、后端蓋(2)、電極片(3)和壓電陶瓷(4)，前端蓋(10)和后端蓋(2)之間設(shè)置有電極片(3)和壓電陶瓷(4)且四者連接為一體，每套定子的兩個(gè)振子(18)的前端蓋(10)連為一體，且兩個(gè)振子(18)的中心線之間的夾角(β)為30° 90°，兩個(gè)振子(18)的連接處為驅(qū)動足(10-1)，上支撐架(I)和下支撐架(8)分別設(shè)置在直線導(dǎo)軌(7)的上下兩側(cè)，兩套定子分別設(shè)置在上支撐架(I)和下支撐架(8)上，上支撐架(I)的一端和下支撐架(8)的一端轉(zhuǎn)動連接，上支撐架(I)的另一端和下支撐架(8)的另一端通過兩套預(yù)緊機(jī)構(gòu)(17)連接，預(yù)緊機(jī)構(gòu)(17)用于調(diào)節(jié)兩個(gè)定子對直線導(dǎo)軌(7)的預(yù)緊力，兩套預(yù)緊機(jī)構(gòu)(17)正對設(shè)置，導(dǎo)向套(12)與所述上支撐架(I)的一側(cè)轉(zhuǎn)動連接，直線導(dǎo)軌(7)的一端穿過導(dǎo)向套(12)，直線導(dǎo)軌(7)的另一端在兩個(gè)預(yù)緊機(jī)構(gòu)(17)之間穿過并與兩個(gè)預(yù)緊機(jī)構(gòu)(17)接觸，兩個(gè)驅(qū)動足(10-1)正對設(shè)置在位于導(dǎo)向套(12)和兩個(gè)預(yù)緊機(jī)構(gòu)(17)之間的直線導(dǎo)軌(7)上并分別夾緊直線導(dǎo)軌(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置，其特征在于:所述每套預(yù)緊機(jī)構(gòu)(17)包括連接桿(6)、第一螺母(16)和彈性部件(14)，連接桿(6)穿過上支撐架(I)和下支撐架(8)，位于下支撐架(8)下端的連接桿(6)上穿設(shè)有一彈性部件(14)，連接桿(6)的下端與第一螺母(16)螺紋連接，連接桿￠)的上端與上支撐架(I)可拆卸連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置，其特征在于:所述兩個(gè)彈性部件(14)均為螺旋彈簧。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述一種壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置，其特征在于:所述每套預(yù)緊機(jī)構(gòu)(17)還包括導(dǎo)向柱(5)，所述導(dǎo)向柱(5)為階梯式空心導(dǎo)向柱，導(dǎo)向柱(5)穿設(shè)在位于上支撐架⑴和下支撐架⑶之間的連接桿(6)上，且導(dǎo)向柱(5)的小直徑端插接在上支撐架(I)的下端面上，直線導(dǎo)軌(7)的另一端在兩個(gè)導(dǎo)向柱(5)的大直徑端之間穿過，并與兩個(gè)導(dǎo)向柱(5)的大直徑端的側(cè)面接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置，其特征在于:所述裝置還包括第一圓柱銷(11)，上支撐架(I)的一端和下支撐架(8)的一端通過第一圓柱銷(11)轉(zhuǎn)動連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置，其特征在于:所述直線導(dǎo)軌⑵為方形導(dǎo)軌，所述導(dǎo)向套(12)為‘回’字形導(dǎo)向套。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置，其特征在于:所述裝置還包括兩個(gè)第二圓柱銷(13)，導(dǎo)向套(12)與上支撐架(I)分別通過兩個(gè)第二圓柱銷(13)轉(zhuǎn)動連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置，其特征在于:所述每套預(yù)緊機(jī)構(gòu)(17)還包括第二螺母(9)，連接桿￠)的上端通過第二螺母(9)與上支撐架(I)可拆卸連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置，其特征在于:所述裝置還包括四個(gè)螺釘(15)，每個(gè)振子(18)上的電極片(3)和壓電陶瓷⑷通過四個(gè)螺釘(15)與前端蓋(10)和后端蓋(2)可拆卸連接。
全文摘要
一種壓電驅(qū)動直線運(yùn)動裝置，它涉及一種壓電驅(qū)動運(yùn)動裝置，以解決現(xiàn)有單一組合振子作為定子的直線驅(qū)動裝置采用軸承作為支撐結(jié)構(gòu)，驅(qū)動力較小且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，它包括上支撐架、下支撐架、直線導(dǎo)軌、導(dǎo)向套、兩套預(yù)緊機(jī)構(gòu)和兩套定子，兩套定子分別設(shè)置在上支撐架和下支撐架上，上支撐架的一端和下支撐架的一端轉(zhuǎn)動連接，上支撐架的另一端和下支撐架的另一端通過兩套預(yù)緊機(jī)構(gòu)連接，導(dǎo)向套與所述上支撐架的一側(cè)轉(zhuǎn)動連接，直線導(dǎo)軌的一端穿過導(dǎo)向套，直線導(dǎo)軌的另一端在兩個(gè)預(yù)緊機(jī)構(gòu)之間穿過并與兩個(gè)預(yù)緊機(jī)構(gòu)接觸，兩個(gè)驅(qū)動足正對設(shè)置在位于導(dǎo)向套和兩個(gè)預(yù)緊機(jī)構(gòu)之間的直線導(dǎo)軌上并分別夾緊直線導(dǎo)軌。本發(fā)明用于大推力精密驅(qū)動領(lǐng)域。
文檔編號H02N2/04GK103151959SQ20131010190
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者王培明, 曲建俊, 胡志勇, 王佳男, 郭文峰 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)