一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機，屬于精密驅(qū)動與傳動的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲電機是一種利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)激發(fā)定子彈性體產(chǎn)生微幅高頻的超聲振動，通過定子與動子間的摩擦耦合實現(xiàn)機械能輸出的微特電機。根據(jù)動子的輸出形式不同，超聲電機可分為直線、旋轉(zhuǎn)與多自由度等幾種輸出類型。螺紋超聲電機作為目前諸多輸出類型超聲電機中的一種，其定子與動子間主要采用螺紋副進行傳動，通過螺紋傳動副實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)直線兩自由度運動的輸出。與其它類超聲電機相比，螺紋副超聲電機具有結(jié)構(gòu)簡單、定位精度高等優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于精密驅(qū)動與傳動的技術(shù)領(lǐng)域。
[0003]中國發(fā)明專利《一種螺紋式空心旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機》，授權(quán)公告號為CN102751906B，授權(quán)公告日為2015年01月14日，公開的一種螺紋式空心旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機，其用于調(diào)節(jié)光闌，光闌包括光闌定圈和設(shè)有連桿的光闌動圈，該發(fā)明包括底座、壓電陶瓷片、摩擦材料層、阻尼材料層以及均沿軸線空心設(shè)置的定子軸和轉(zhuǎn)子軸；中國發(fā)明專利《直線旋轉(zhuǎn)耦合輸出型壓電驅(qū)動裝置》，授權(quán)公告號為CN 103219916B，授權(quán)公告日為2015年07月29日，公開的一種直線旋轉(zhuǎn)耦合輸出型壓電驅(qū)動裝置，包括堆疊安裝座、圓柱銷、壓電堆疊、應(yīng)變片、殷鋼片、鋼珠、耦合輸出構(gòu)件和輸出軸，壓電堆疊側(cè)面貼應(yīng)變片，底面與堆疊安裝座粘接，頂面粘殷鋼片并與輸出軸球窩內(nèi)鋼珠接觸，耦合輸出構(gòu)件頂部與輸出軸過盈嵌套，底部與堆疊安裝座間用圓柱銷定位和緊定螺釘固定，壓電堆疊施加電壓后，推動輸出軸和耦合輸出構(gòu)件頂部一起沿軸向伸長，由于耦合輸出構(gòu)件的變形耦合特性，其頂部和輸出軸將同時繞軸向旋轉(zhuǎn)一定角度，且該角度與軸向伸長量成正比。
[0004]上述幾種實現(xiàn)方式的螺紋超聲電機，雖能在壓電元件超聲振動激勵下實現(xiàn)機械運動輸出，但由于其輔助連接件較多，故存在結(jié)構(gòu)復雜、難于微型化等問題，嚴重制約了螺紋超聲電機的進一步應(yīng)用與發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決當前螺紋超聲電機普遍存在結(jié)構(gòu)復雜、難于微型化等技術(shù)問題，本實用新型公開一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機。
[0006]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機，由懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體、螺紋軸和壓電片組成;所述懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體設(shè)置有內(nèi)螺紋、4個外平面、固定法蘭、光孔和η個連接孔，懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體的η個連接孔均勻布置于固定法蘭一側(cè)端面上的同一圓周上，懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體的固定法蘭通過連接孔實現(xiàn)懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體的緊固連接，懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體中內(nèi)螺紋的直徑小于光孔的直徑，其中η為大于等于I的整數(shù);所述螺紋軸設(shè)置有外螺紋和運動解耦元件，螺紋軸的外螺紋與懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體的內(nèi)螺紋旋合連接，螺紋軸的運動解耦元件用于實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)直線運動輸出解耦為直線運動輸出；所述壓電片為4片d31激振模式的矩形壓電陶瓷片，且均沿厚度方向極化，4片壓電片沿同一圓周方向均勻布置于懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體的4個外平面上;所述4片壓電片中相對布置的2片壓電片構(gòu)成激振組A，其余相對布置的2片壓電片構(gòu)成激振組B ；所述懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體的內(nèi)螺紋和螺紋軸的外螺紋可為梯形螺紋、三角形螺紋、矩形螺紋、鋸齒形螺紋、管螺紋或非標螺紋。
[0007]本實用新型的有益效果:本實用新型一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機，通過施加超聲頻段內(nèi)的交流激勵電信號于壓電片，激發(fā)懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體產(chǎn)生兩列駐波振動模態(tài)，利用振動模態(tài)耦合產(chǎn)生具有一個波長的運動行波，驅(qū)動螺紋軸實現(xiàn)運動輸出。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、易于微型化等技術(shù)優(yōu)勢，在精密驅(qū)動與傳動技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0008]圖1所示為本實用新型提出的一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2所示為本實用新型提出的一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機的懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體的剖視圖；
[0010]圖3所示為本實用新型提出的一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機的懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體的側(cè)視圖；
[0011]圖4所示為本實用新型提出的一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機的螺紋軸的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0012]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1?圖4說明本實施方式。本實施方式提供一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機的具體實施方案。所述一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機由懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體1、螺紋軸2和壓電片3組成。
[0013]所述懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體I采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體I設(shè)置有內(nèi)螺紋1-1、4個外平面1-2、固定法蘭1-3、光孔1-4和η個連接孔1-5，且懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體I的材料選為黃銅材料，懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體I的內(nèi)螺紋1-1的螺距為0.25 mm，且該內(nèi)螺紋1-1表面研磨處理，懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體I的4個外平面1-2用于通過環(huán)氧樹脂膠固定連接壓電片3，懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體I的η個連接孔1-5均勻布置于固定法蘭1-3—側(cè)端面上的同一圓周上，懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體I的固定法蘭1-3通過連接孔1-5實現(xiàn)懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體I的緊固連接，懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體I中內(nèi)螺紋1-1的直徑小于光孔1-4的直徑，其中η為大于等于I的整數(shù);所述螺紋軸2設(shè)置有外螺紋2-1和運動解耦元件2-2，且螺紋軸2的材料選為不銹鋼材料，螺紋軸2的外螺紋2-1與懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體I的內(nèi)螺紋1-1旋合連接實現(xiàn)運動傳遞和輸出，螺紋軸2的外螺紋2-1的螺距為0.25 mm，且該外螺紋2-1表面研磨處理，螺紋軸2的運動解耦元件2-2用于實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)直線運動輸出解耦為直線運動輸出；所述壓電片3為4片d31激振模式的矩形壓電陶瓷片，且均沿厚度方向極化，4片壓電片3沿同一圓周方向通過環(huán)氧樹脂膠均勻布置于懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體I的4個外平面1-2上;所述4片壓電片3中相對布置的2片壓電片3構(gòu)成激振組A，其余相對布置的2片壓電片3構(gòu)成激振組B ；所述懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體I的內(nèi)螺紋1-1和螺紋軸2的外螺紋2-1可為梯形螺紋、三角形螺紋、矩形螺紋、鋸齒形螺紋、管螺紋或非標螺紋。
[0014]【具體實施方式】二:本實施方式提供了一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機的激勵方法具體實施方案。所述一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機的激勵方法具體如下所示。
[0015]所述激振組A通以某一超聲頻段內(nèi)(一般大于16kHz)的正弦波激勵信號，激發(fā)懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體I產(chǎn)生某一單波長駐波振動模態(tài)；激振組B通以某一超聲頻段內(nèi)(一般大于16kHz)的余弦波激勵信號，激發(fā)懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體I產(chǎn)生另一單波長駐波振動模態(tài)；當激振組A與激振組B所施加激勵電信號的相位差為90度時，兩列駐波振動模態(tài)疊加耦合形成具有一個波長的正向運動行波，驅(qū)動螺紋軸2實現(xiàn)正向運動輸出；當激振組A與激振組B所施加激勵電信號的相位差為270度時，兩列駐波振動模態(tài)疊加耦合形成具有一個波長的反向運動行波，驅(qū)動螺紋軸2實現(xiàn)反向運動輸出。
【主權(quán)項】
1.一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機，由懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體(I)、螺紋軸(2 )和壓電片(3)組成;其特征在于:所述懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體(I)采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體(I)設(shè)置有內(nèi)螺紋(1_1)、4個外平面(1-2)、固定法蘭(1-3)、光孔(1-4)和η個連接孔(1-5)，懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體(I)的η個連接孔(1-5)均勻布置于固定法蘭(1-3)—側(cè)端面上的同一圓周上，懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體(I)的固定法蘭(1-3)通過連接孔(1-5)實現(xiàn)懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體(I)的緊固連接，懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體(I)中內(nèi)螺紋(1-1)的直徑小于光孔(1-4)的直徑，其中η為大于等于I的整數(shù);所述螺紋軸(2)設(shè)置有外螺紋(2-1)和運動解耦元件(2-2)，螺紋軸(2)的外螺紋(2-1)與懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體(I)的內(nèi)螺紋(1-1)旋合連接，螺紋軸(2)的運動解耦元件(2-2)用于實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)直線運動輸出解耦為直線運動輸出；所述壓電片(3)為4片d31激振模式的矩形壓電陶瓷片，且均沿厚度方向極化，4片壓電片(3)沿同一圓周方向均勻布置于懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體(I)的4個外平面(1-2)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機，其特征在于:所述4片壓電片(3)中相對布置的2片壓電片(3 )構(gòu)成激振組A，其余相對布置的2片壓電片(3 )構(gòu)成激振組B。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機，其特征在于:所述懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體(I)的內(nèi)螺紋(1-1)和螺紋軸(2)的外螺紋(2-1)可為梯形螺紋、三角形螺紋、矩形螺紋、鋸齒形螺紋、管螺紋或非標螺紋。
【專利摘要】本實用新型公開了一種懸臂梁結(jié)構(gòu)微型螺紋超聲電機，以解決當前螺紋超聲電機普遍存在結(jié)構(gòu)復雜、難于微型化等問題。本實用新型由懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體、螺紋軸和壓電片組成，所述懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體設(shè)置有內(nèi)螺紋孔、4個外平面、固定法蘭、光孔和n個連接孔，所述螺紋軸設(shè)置有外螺紋和運動解耦元件，所述壓電片為4片<i>d</i>31激振模式的矩形壓電陶瓷片，且均沿厚度方向極化。通過施加超聲頻段內(nèi)的激勵電信號于壓電片，激發(fā)懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性體產(chǎn)生兩列駐波振動模態(tài)，利用振動模態(tài)疊加耦合產(chǎn)生具有一個波長的運動行波，驅(qū)動螺紋軸實現(xiàn)運動輸出。本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、易于微型化等技術(shù)優(yōu)勢，在精密驅(qū)動與傳動的技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】H02N2/08, H02N2/04
【公開號】CN205336151
【申請?zhí)枴緾N201620030635
【發(fā)明人】程廷海, 付賢鵬, 殷夢飛, 何璞, 張邦成, 柳虹亮
【申請人】長春工業(yè)大學
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2016年1月14日