一種承載式的單向慣性壓電旋轉驅動器的製作方法
2023-06-10 11:19:11 1
本實用新型屬於微小、精密驅動領域。
背景技術：
近年來，隨著微納米技術的飛速發展，在生物醫學、精密機械、微型機器人、計算機、自動控制、精密測量、精密器件、超精密加工等技術領域對微小型機械的驅動技術要求越來越高。微納米級別的驅動技術作為探索微觀領域的核心技術，已經成為國內外廣泛關注的熱點。傳統精密機械的驅動方式一般採用機械結構式，比如精密車床中的絲槓副以及滾動、滑動導軌、精密螺旋楔塊機構等，即便是超高精度的機械結構還是存在間隙、摩擦、爬行等問題，因此機械結構式獲得的精度水平難以提升，在這種條件下發展出了很多新型的驅動方式，比如靜電吸引式、電磁式、磁致伸縮式、形狀記憶合金式以及壓電式等。壓電陶瓷是一種廣泛應用在精密驅動領域的功能材料，具有功耗低、無電磁幹擾、響應速度快等優點，以壓電材料為驅動元件的驅動器成為近年來精密驅動裝置的一個重要分支。
近年來壓電精密驅動裝置得到廣泛研究。而慣性驅動器是將慣性質量塊與壓電元件共同作用產生的慣性衝擊力作為驅動力的壓電驅動裝置，其機械結構簡單，運動速度較快，形成驅動運動的方式易於控制，而且能夠實現大行程的連續運動，可以穩定工作於高頻狀態，近年來成為了國內外研究的熱點。
目前研製的慣性壓電驅動器的工作機理多數為通過電控或改變機械結構獲得力差驅動運動，少數為利用摩擦力控制方式獲得力差驅動運動，早期的研究工作主要是通過電信號驅動產生不同的慣性衝擊力使機構運動；隨著研究工作學科領域的擴展，從摩擦學知識考慮，提出了採用單向軸承控制轉動方向，提高承載能力的研究方案。
鑑於上述條件，本實用新型提出一種承載式的單向慣性壓電旋轉驅動器。利用對稱波電信號作為激勵信號，壓電雙晶片振子元件快速變形產生往復的慣性衝擊力矩，使壓電驅動器產生旋轉運動。通過底板上過盈配合的單向軸承，限制驅動器的旋轉方向，從而使得鈹青銅基板可以通過形變儲存能量，並在運動方向上釋放出來，通過這樣的方式來提高驅動器的輸出性能。
技術實現要素：
本實用新型所要解決的技術問題是：通過設置單向軸承(7)，在對稱電信號激勵作用下，獲得往復相同的慣性衝擊力矩，但單向軸承(7)會限制一個方向上的轉動，並且當壓電雙晶片向不能轉動的方向發生形變時，電激勵產生的能量將以勢能的形式儲存在鈹青銅基板的形變中，從而使得向可轉動方向轉動時輸出更大的扭矩，進而獲得更好的承載能力。
為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是：
質量塊(1)通過膠接方式分別固定在壓電雙晶片一、二、三、四的自由端部，該壓電雙晶片一、二、三、四夾持端分別通過螺栓和夾持條(2)固接在X型夾持塊(5)上，且夾持條(2)和X型夾持塊夾(5)持部分尺寸一樣，X型夾持塊(5)與單向軸承(7)內圈過盈配合，指針(4)固結在軸(6)上，略高於X型夾持塊(5)，承載盤(3)固結在旋轉軸(6)的頂端，單向軸承(7)過盈配合連接在旋轉軸(6)下端，單向軸承(7)外圈過盈連接在底板(9)上。
所述壓電旋轉驅動器為了獲得更好的承載性能，採用四條壓電雙晶片對稱懸臂的方式增加輸出扭矩。
本實用新型的優點是結構新穎，採用四懸臂對稱布置、無夾持差夾持的壓電雙晶片作為驅動源，配合對稱電信號和對稱的摩擦力，略去了複雜的電路系統，也優化了非對稱夾持差結構不可控的夾持差調節方式。
附圖說明
圖1是本實用新型的總體結構示意圖；
圖2是本實用新型的驅動部分結構示意圖；
圖3是本實用新型的驅動部分結構俯視示意圖；
具體實施方式
如圖1、2、3所示，本實用新型是一種承載式的單向慣性壓電旋轉驅動器，質量塊1通過膠接的方式分別固定在壓電雙晶片一(8)、二、三、四的自由端部，該壓電雙晶片一、二、三、四夾持端分別通過螺栓和夾持條(2)固接在X型夾持塊(5)上，且夾持條(2)和X型夾持塊(5)夾持部分尺寸一樣，即不存在夾持差，X型夾持塊(5)與旋轉軸(6)過盈配合，指針(4)固結在旋轉軸頂部，用於觀測驅動器的運動，承載盤(3)固結在旋轉軸(6)的頂端，單向軸承(7)過盈配合連接在旋轉軸(6)下端，單向軸承(7)外圈過盈連接在底板(9)上。
本實用新型所述壓電雙晶片一(8)、二、三、四夾持端所在平面關於驅動器旋轉軸(6)軸心線呈均分對稱分布。
本實用新型所述壓電雙晶片一(8)、二、三、四夾持端分別通過螺栓和夾持條(2)固接在X型夾持塊(5)上，夾持方式為對稱夾持。
本實用新型所述壓電旋轉驅動器為了獲得更好的承載性能，採用四條對稱懸臂的方式增加輸出扭矩。
當驅動器在對稱電信號前半周期激勵時，壓電振子會朝順時針方向變形，由於慣性質量塊(1)的存在，鈹青銅基板會產生一個向順時針方向的力，一共有四塊壓電雙晶片，每一塊都產生一樣大小，順時針方向的力，這些力的組合作用會使產生一個扭矩，扭矩隨著旋轉軸(6)傳動到單向軸承(7)上，單向軸承(7)只可以向順時針方向轉動，此時驅動器會向順時針方向轉動一個微小的角度；當激勵電信號為後半周期時，壓電振子會朝逆時針方向變形，由於慣性質量塊(1)的存在，鈹青銅基板會產生一個向逆時針方向的力，雖然產生了力，但是這個力被單向軸承(6)限制住了，驅動器無法向逆時針方向旋轉；無法轉動時壓電雙晶片產生的這部分能力被儲備在鈹青銅基板的形變中，當鈹青銅基板再次向順時針方向轉動時，這部分能量將被釋放出來，從而獲得更大的驅動力，使得本驅動器具有更好的輸出負載性能。