本發(fā)明屬于舵機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置的角度可調(diào)節(jié)壓電舵機(jī)及控制方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)隨著航空航天領(lǐng)域的迅速發(fā)展，人們對(duì)舵機(jī)的性能要求越來(lái)越高，舵機(jī)逐漸向著結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，質(zhì)量輕的方向發(fā)展。采用液壓、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的舵機(jī)控制機(jī)構(gòu)往往存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量及體積大等缺點(diǎn)。而傳統(tǒng)電動(dòng)舵機(jī)則需要加減速裝置，設(shè)備復(fù)雜，質(zhì)量大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置的角度可調(diào)節(jié)壓電舵機(jī)及控制方法，在高頻驅(qū)動(dòng)條件下，能夠快速響應(yīng)并雙向驅(qū)動(dòng)舵片，具有變形穩(wěn)定，大行程，低能耗，響應(yīng)迅速，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠和抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)；能夠斷電后位置保持并實(shí)現(xiàn)雙向大角度控制。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置的角度可調(diào)節(jié)壓電舵機(jī)，包括底座1、角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5、十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置6以及與十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置6相連接的舵片12；角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5包括彈性元件2、調(diào)節(jié)螺釘3以及楔面相互接觸的滑動(dòng)楔塊4-1和固定楔塊4-2，其中彈性元件2通過(guò)前端凹槽與底座1固接，彈性元件2前后兩端內(nèi)壁分別與滑動(dòng)楔塊4-1和固定于底座1上的固定楔塊4-2垂直面緊密接觸，調(diào)節(jié)螺釘3穿過(guò)滑動(dòng)楔塊4-1并通過(guò)螺紋連接于底座1；十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置6縱向兩端分別通過(guò)第一固定塊7-1和第二固定塊7-2安裝于底座上方，其中第一固定塊7-1縱向過(guò)盈內(nèi)嵌于彈性元件2后端凹槽并通過(guò)固定螺釘14與底座1固接；十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置6主要由十字連接的縱梁8和水平梁9組成，縱梁8由第一柔性梁8-1、第二柔性梁8-2、第一剛性梁8-3以及第三柔性梁8-4依次構(gòu)成，水平梁9位于第一柔性梁8-1和第二柔性梁8-2之間，由結(jié)構(gòu)和尺寸相同的第一水平剛性梁9-1和第二水平剛性梁9-2構(gòu)成，第一水平剛性梁9-1和第二水平剛性梁9-2的外端兩側(cè)分別固定有第一壓電堆11-1和第二壓電堆11-2，第一壓電堆11-1和第二壓電堆11-2另一側(cè)分別固接有第一慣性塊10-1和第二慣性塊10-2；舵片12連接在水平梁9上部；舵機(jī)裝配完成后，角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5對(duì)十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置6施加縱向預(yù)壓力，縱梁8中的柔性梁受壓變形并導(dǎo)致水平梁9繞十字中心順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度，即形成雙穩(wěn)態(tài)，該雙穩(wěn)態(tài)間的轉(zhuǎn)換由第一壓電堆11-1和第二壓電堆11-2的通斷電進(jìn)行控制，由此隨水平梁9運(yùn)動(dòng)的舵片12實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整。

所述第一柔性梁8-1、第二柔性梁8-2、第三柔性梁8-4和彈性元件2均屬于柔性部件，其截面尺寸遠(yuǎn)小于軸向尺寸，當(dāng)受到外力時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大變形；所述第一剛性梁8-3、第一水平剛性梁9-1和第二水平剛性梁9-2的截面尺寸與軸向尺寸在同一數(shù)量級(jí)，剛度大且能抵御外力。

所述角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5中的滑動(dòng)楔塊4-1夾緊于彈性元件2前端內(nèi)壁和固定楔塊4-2的楔面之間，當(dāng)向下旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘3預(yù)設(shè)距離時(shí)，其螺帽帶動(dòng)滑動(dòng)楔塊4-1沿楔面向下運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)楔塊4-1和固定楔塊4-2增加的縱向尺寸導(dǎo)致彈性元件2前后兩端內(nèi)壁相互遠(yuǎn)離，使得嵌于彈性元件2后端凹槽的第一固定塊7-1受到縱向擠壓并施以十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置6預(yù)設(shè)預(yù)壓力，該預(yù)壓力導(dǎo)致縱梁8中的第一柔性梁8-1，第二柔性梁8-2以及第三柔性梁8-4彈性變形，該變形對(duì)應(yīng)于水平梁9繞十字中心產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角度相同而方向相反的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，由此實(shí)現(xiàn)通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘3改變雙穩(wěn)態(tài)狀態(tài)即舵機(jī)角度的功能。

所述基于十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置的角度可調(diào)節(jié)壓電舵機(jī)的控制方法，首先，安裝時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘3對(duì)十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置6施加預(yù)壓力，水平梁9繞十字中心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度達(dá)到第一穩(wěn)態(tài)；為使水平梁9順時(shí)針旋轉(zhuǎn)從第一穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換至第二穩(wěn)態(tài)，對(duì)第二壓電堆11-2快速升至滿行程電壓，第二壓電堆11-2快速伸長(zhǎng)帶動(dòng)第二慣性塊10-2產(chǎn)生慣性力，使得第一水平剛性梁9-1端部和第二水平剛性梁9-2端部形成順時(shí)針力偶，該力偶導(dǎo)致水平梁9順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并經(jīng)過(guò)平衡狀態(tài)后轉(zhuǎn)換至第二穩(wěn)態(tài)，轉(zhuǎn)換完成后對(duì)第二壓電堆11-2緩慢斷電，此時(shí)第二慣性塊10-2產(chǎn)生的慣性力未達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界值，第二穩(wěn)態(tài)在斷電情況下得到保持；同理，為使水平梁9逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)從第二穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換至第一穩(wěn)態(tài)，對(duì)第一壓電堆11-1快速升至滿行程電壓，第一壓電堆11-1快速伸長(zhǎng)帶動(dòng)第一慣性塊10-1產(chǎn)生慣性力，使得第一水平剛性梁9-1端部和第二水平剛性梁9-2端部形成逆時(shí)針力偶，該力偶導(dǎo)致水平梁9逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并經(jīng)過(guò)平衡狀態(tài)后轉(zhuǎn)換至第一穩(wěn)態(tài)，轉(zhuǎn)換完成后對(duì)第一壓電堆11-1緩慢斷電，此時(shí)第一慣性塊10-1產(chǎn)生的慣性力未達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界值，第一穩(wěn)態(tài)在斷電情況下得到保持；如此便可實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的雙向大角度控制。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明含有剛性梁與柔性梁結(jié)合形成的混合梁，該混合梁受壓產(chǎn)生雙穩(wěn)態(tài)且不需要施加外界能力即可保持當(dāng)前狀態(tài)，因此該舵機(jī)可以控制舵片12輸出方向相反兩個(gè)偏轉(zhuǎn)角。且本發(fā)明在控制舵片12偏轉(zhuǎn)時(shí)只需要在切換兩個(gè)偏轉(zhuǎn)角時(shí)通電，而在舵片12保持目前狀態(tài)持續(xù)輸出偏轉(zhuǎn)角時(shí)無(wú)需通電。不但實(shí)現(xiàn)了斷電后位置保持，而且具有能耗低的特點(diǎn)。

2)本發(fā)明可通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘改變舵面偏角，方法簡(jiǎn)單可靠，能夠?qū)崟r(shí)滿足舵機(jī)需求，具有應(yīng)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

3)本發(fā)明只采用一個(gè)十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置來(lái)形成舵片12控制機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)小體積輕量化設(shè)計(jì)，為小型飛行器節(jié)省了寶貴的內(nèi)部空間。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明去舵片俯視圖。

圖3為本發(fā)明去彈性元件左視圖。

圖4為本發(fā)明十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置第一穩(wěn)態(tài)示意圖。

圖5為本發(fā)明十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置第二穩(wěn)態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明基于十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置的角度可調(diào)節(jié)壓電舵機(jī)，包括底座1、角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5、十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置6以及與十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置6相連接的舵片12；角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5包括彈性元件2、調(diào)節(jié)螺釘3以及楔面相互接觸的滑動(dòng)楔塊4-1和固定楔塊4-2，其中彈性元件2通過(guò)前端凹槽與底座1固接，彈性元件2前后兩端內(nèi)壁分別與滑動(dòng)楔塊4-1和固定于底座1上的固定楔塊4-2垂直面緊密接觸，調(diào)節(jié)螺釘3穿過(guò)滑動(dòng)楔塊4-1并通過(guò)螺紋連接于底座1；十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置6縱向兩端分別通過(guò)第一固定塊7-1和第二固定塊7-2安裝于底座上方，其中第一固定塊7-1縱向過(guò)盈內(nèi)嵌于彈性元件2后端凹槽并通過(guò)固定螺釘14與底座1固接；十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置6主要由十字連接的縱梁8和水平梁9組成，縱梁8由第一柔性梁8-1、第二柔性梁8-2、第一剛性梁8-3以及第三柔性梁8-4依次構(gòu)成，水平梁9位于第一柔性梁8-1和第二柔性梁8-2之間，由結(jié)構(gòu)和尺寸相同的第一水平剛性梁9-1和第二水平剛性梁9-2構(gòu)成，第一水平剛性梁9-1和第二水平剛性梁9-2的外端兩側(cè)分別固定有第一壓電堆11-1和第二壓電堆11-2，第一壓電堆11-1和第二壓電堆11-2另一側(cè)分別固接有第一慣性塊10-1和第二慣性塊10-2；舵片12連接在水平梁9上部；舵機(jī)裝配完成后，角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5對(duì)十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置6施加縱向預(yù)壓力，縱梁8中的柔性梁受壓變形并導(dǎo)致水平梁9繞十字中心順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度，即形成雙穩(wěn)態(tài)，該雙穩(wěn)態(tài)間的轉(zhuǎn)換由第一壓電堆11-1和第二壓電堆11-2的通斷電進(jìn)行控制，由此隨水平梁9運(yùn)動(dòng)的舵片12實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述第一柔性梁8-1、第二柔性梁8-2、第三柔性梁8-4和彈性元件2均屬于柔性部件，其截面尺寸遠(yuǎn)小于軸向尺寸，當(dāng)受到外力時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大變形；所述第一剛性梁8-3、第一水平剛性梁9-1和第二水平剛性梁9-2的截面尺寸與軸向尺寸在同一數(shù)量級(jí)，剛度較大且能抵御一定外力。

作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5中的滑動(dòng)楔塊4-1夾緊于彈性元件2前端內(nèi)壁和固定楔塊4-2楔面之間，當(dāng)向下旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘3預(yù)設(shè)距離時(shí)，其螺帽帶動(dòng)滑動(dòng)楔塊4-1沿楔面向下運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)楔塊4-1和固定楔塊4-2增加的縱向尺寸導(dǎo)致彈性元件2前后兩端內(nèi)壁相互遠(yuǎn)離，使得嵌于彈性元件2后端凹槽的第一固定塊7-1受到擠壓并施以十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置6預(yù)設(shè)預(yù)壓力，該預(yù)壓力導(dǎo)致縱梁8中的第一柔性梁8-1，第二柔性梁8-2以及第三柔性梁8-4彈性變形，該變形對(duì)應(yīng)于水平梁9繞十字中心產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角度相同而方向相反的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，由此實(shí)現(xiàn)通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘3改變雙穩(wěn)態(tài)狀態(tài)即舵機(jī)角度的功能。

如圖4和圖5所示，基于十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置的角度可調(diào)節(jié)壓電舵機(jī)的控制方法，其特征在于：首先，安裝時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘3對(duì)十字梁雙穩(wěn)態(tài)裝置6施加預(yù)壓力，水平梁9繞十字中心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度達(dá)到第一穩(wěn)態(tài)；為使水平梁9順時(shí)針旋轉(zhuǎn)從第一穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換至第二穩(wěn)態(tài)，對(duì)第二壓電堆11-2快速升至滿行程電壓，第二壓電堆11-2快速伸長(zhǎng)帶動(dòng)第二慣性塊10-2產(chǎn)生慣性力，使得第一水平剛性梁9-1端部和第二水平剛性梁9-2端部形成順時(shí)針力偶，該力偶導(dǎo)致水平梁9順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并經(jīng)過(guò)平衡狀態(tài)后轉(zhuǎn)換至第二穩(wěn)態(tài)，轉(zhuǎn)換完成后對(duì)第二壓電堆11-2緩慢斷電，此時(shí)第二慣性塊10-2產(chǎn)生的慣性力未達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界值，第二穩(wěn)態(tài)在斷電情況下得到保持；同理，為使水平梁9逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)從第二穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換至第一穩(wěn)態(tài)，對(duì)第一壓電堆11-1快速升至滿行程電壓，第一壓電堆11-1快速伸長(zhǎng)帶動(dòng)第一慣性塊10-1產(chǎn)生慣性力，使得第一水平剛性梁9-1端部和第二水平剛性梁9-2端部形成逆時(shí)針力偶，該力偶導(dǎo)致水平梁9逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并經(jīng)過(guò)平衡狀態(tài)后轉(zhuǎn)換至第一穩(wěn)態(tài)，轉(zhuǎn)換完成后對(duì)第一壓電堆11-1緩慢斷電，此時(shí)第一慣性塊10-1產(chǎn)生的慣性力未達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界值，第一穩(wěn)態(tài)在斷電情況下得到保持；如此便可實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的雙向大角度控制。