一种能承受拉压力的双向位移累积压电堆作动器及其方法与流程

1.本发明涉及压电驱动器技术领域。具体涉及一种能承受拉压力的双向位移累积压电堆作动器及其方法。


背景技术：

2.压电驱动器是利用逆压电效应通过电场控制压电体的机械变形从而产生直线运动的一类元件，广泛应用于航空技术、测量技术、精密加工、医学器械等领域。然而现有的压电驱动器是基于受压情况的运作，因此仅限于受到单向的载荷时才能工作，因而难以满足在外界环境各种不同载荷下的运作，使用条件较为局限。


技术实现要素：

3.为了解决现有压电驱动器仅能在受压载荷下驱动的局限性，本发明的目的在于提供一种能够使压电驱动器实现在受压以及受拉载荷下驱动的压电驱动器装置。
4.为了达到上述目的，本发明选择在压电驱动器两端都设有压电堆，依靠下压电堆的逆压电效应，通过压电堆的伸缩，转化为螺杆上下运动的位移累积从而做到压电驱动器的在受压载荷下的运作；依靠上压电堆的逆压电效应，通过压电堆的伸缩，转化为螺杆上下运动的位移累积从而做到压电驱动器的在受拉载荷下的运作。
5.本发明具体采用如下技术方案：
6.一方面，本发明提供了一种能承受拉压力的双向位移累积压电堆作动器，其包括外壳组件以及同轴布置于外壳组件内腔中的电机组件、两个弹性连接器、第一驱动螺母、第二驱动螺母、第一压电堆组件、第二压电堆组件和螺杆组件；
7.所述电机组件固定于外壳组件的内腔中部，第一驱动螺母和第二驱动螺母分别设置于所述电机组件的两侧，且第一驱动螺母和第二驱动螺母各自通过一个弹性连接器与所述电机组件连接；
8.所述电机组件能够通过弹性连接器双向驱动第一驱动螺母和第二驱动螺母绕轴线旋转，每个弹性连接器自身具有沿轴向的伸缩自由度，且每个弹性连接器所连接的驱动螺母被限制绕轴线转动而所述电机组件继续驱动时，弹性连接器还具有弹性形变余量使其能够被可逆式地周向扭转；
9.所述第一压电堆组件的一端固定于外壳组件内腔的一侧端壁上，另一端端面作为与第一驱动螺母配合的受压面；所述第二压电堆组件的一端固定于外壳组件内腔的另一侧端壁上，另一端端面作为与第二驱动螺母配合的受压面；
10.所述螺杆组件置于依次贯通第二压电堆组件、第二驱动螺母、第一个弹性连接器、贯通电机组件、第二个弹性连接器、第一驱动螺母和第一压电堆组件的中心通道中，其一端作为位移输出端伸出外壳组件的顶部，另一端在第二压电堆组件内腔中被一组限位组件限制轴向移动范围，且所述螺杆组件不具备绕轴线周向旋转的自由度；所述螺杆组件的中部为外螺纹段，第一驱动螺母和第二驱动螺母分别与外螺纹段构成螺纹副配合；
11.在所述位移输出端受压力作用时，第一压电堆组件通过逆压电效应变形推动螺杆组件轴向运动，再通过电机组件带动第一驱动螺母以及第二驱动螺母运作，将第一驱动螺母以及第二驱动螺母位置恢复，不断重复从而实现螺杆组件的位移累积；在所述位移输出端受到拉力作用时，第二压电堆组件通过逆压电效应变形推动螺杆组件轴向运动，再通过电机组件带动第一驱动螺母以及第二驱动螺母运作，将第一驱动螺母以及第二驱动螺母位置恢复，不断重复从而实现螺杆组件的位移累积。
12.作为优选，所述外壳组件包括第一压电堆外壳、电机外壳、第二压电堆外壳、第一螺母支撑板和第二螺母支撑板，电机外壳的一端通过第一螺母支撑板与第一压电堆外壳的一端连接，电机外壳的另一端通过第二螺母支撑板与第二压电堆外壳的一端连接；
13.电机组件固定安装于电机外壳中，第一压电堆组件和第一驱动螺母安装于第一压电堆外壳中，第二压电堆组件和第二驱动螺母安装于第二压电堆外壳中，第一压电堆外壳的另一端由下底盖封端，第二压电堆外壳的另一端由上底盖封端。
14.作为优选，所述下底盖和上底盖均包括用于封端的圆盘以及位于外壳组件内腔中的空心轴段和滚珠花键，空心轴段一端垂直安装于圆盘上，另一端安装滚珠花键，所述螺杆组件除中部外螺纹段之外的两侧光杆段各自穿过所在侧的滚珠花键，由限制所述螺杆组件仅能沿轴向移动而无法旋转和径向移动.
15.作为优选，所述限位组件为两块限位块，所述下底盖上的空心轴段上开设有两个间隔的限位孔，每个限位孔内过盈安装有一块限制螺杆组件轴向运动范围的限位块。
16.作为优选，所述电机组件包括固定连接在电机外壳内的无框力矩电机以及分别固定连接在无框力矩电机内部转子两侧的第一电机连接轴和第二电机连接轴，第一电机连接轴和第二电机连接轴的输出端分别过盈套接有一个轴承，两个轴承均固定安装于外壳组件内，为第一电机连接轴和第二电机连接轴提供转动支撑。
17.作为优选，每个所述弹性连接器包括中空的第一连接器和中空的第二连接器，且第一连接器一端设置有若干个橡胶片，第二连接器内壁设置有与第一连接器上橡胶片数量相同的挡条且挡条沿轴向布置；第一连接器与第二连接器配合状态下，每两根挡条之间正好插入一片贴合第二连接器内壁的橡胶片且挡条与橡胶片之间没有间隙，通过挡条与橡胶片的配合使第一连接器能在第二连接器中沿着轴向移动且能通过橡胶片的变形扭转一定角度；电机组件每一侧的弹性连接器中，第一连接器与该侧的电机连接轴固定连接传动，第二连接器与该侧的驱动螺母固定连接传动。
18.作为优选，所述第一压电堆组件包括卡合固定的第一压电堆与第一压电堆盖，第二压电堆组件包括卡合固定的第二压电堆与第二压电堆盖，第一压电堆和第二压电堆的内外壁均留有周向形变所必要的缝隙；第二驱动螺母仅能够在第二螺母支撑板与第二压电堆盖之间轴向运动；第一驱动螺母仅能够在第一螺母支撑板与第一压电堆盖之间轴向运动。
19.作为优选，所述螺杆组件包括螺杆以及分别固定连接在螺杆两端的第一支撑轴和第二支撑轴，第一支撑轴和第二支撑轴均为光轴，在第一支撑轴的末端连接有限位挡圈；螺杆通过外螺纹与第一驱动螺母以及第二驱动螺母螺纹连接，而限位挡圈位于两个所述限位块之间，第二支撑轴的末端端部固定连接有伸出所述外壳组件的外接螺母。
20.作为优选，所述第二支撑轴上设有与所在侧的滚珠花键相配合的第二轴槽，第一支撑轴上设有与所在侧的滚珠花键相配合的第一轴槽。
21.另一方面，本发明提供了一种利用上述任意方案所述双向位移累积压电堆作动器的作动方法，其具体如下：将双向位移累积压电堆作动器以位移输出端朝上的方向接收外部载荷，并按照载荷类型以及指定的位移输出方向通过控制所述电机组件的驱动方向进行位移累积：
22.第一驱动状态：当所述螺杆组件受压载荷时，带动第一驱动螺母和第二驱动螺母移动直至第二驱动螺母下端面与第二螺母支撑板相抵，第一驱动螺母下端面与第一压电堆盖相抵；第一压电堆工作，通过逆压电效应伸长，推动两个驱动螺母以及螺杆组件同步向上运动，此时控制无框力矩电机带动第二驱动螺母正向旋转从而向下运动，直到第二驱动螺母下端面与第二螺母支撑板相抵，而第一驱动螺母下端面与第一压电堆盖相抵无法旋转，从而使无框力矩电机驱动第一驱动螺母的能量储存在下部弹性连接器中；当第一压电堆长度恢复时，第二驱动螺母下端面与第二螺母支撑板相抵无法旋转，而第一驱动螺母与第一压电堆盖之间存在间隙，故下部的弹性连接器中的能量释放，带动第一驱动螺母正向旋转从而向下运动，直到第一驱动螺母下端面与第一压电堆盖相抵；在螺杆组件持续受压期间，通过不断地重复此过程，使得螺杆组件向上的位移累积，从而使螺杆向上运动输出位移；
23.第二驱动状态：当所述螺杆组件受压载荷时，带动第一驱动螺母和第二驱动螺母移动直至第二驱动螺母下端面与第二螺母支撑板相抵，第一驱动螺母下端面与第一压电堆盖相抵；第一压电堆工作，通过逆压电效应伸长，推动两个驱动螺母以及螺杆组件同步向上运动，此时控制无框力矩电机带动第二驱动螺母逆向旋转一定角度从而向上运动，而第一驱动螺母下端面与第一压电堆盖相抵无法旋转，从而使无框力矩电机驱动第一驱动螺母的能量储存在下部弹性连接器中；当第一压电堆长度缩短，直到第二驱动螺母下端面与第二螺母支撑板相抵时，螺杆组件相对于初始状态已经有一个相对向下的位移，此时第一驱动螺母与第一压电堆盖之间存在间隙，故下部的弹性连接器中的能量释放，带动第一驱动螺母逆向旋转从而向上运动，直到第一驱动螺母恢复至初始位置，即下部的弹性连接器中的能量全部释放；然后第一压电堆长度恢复至初始状态；在螺杆组件持续受压期间，通过不断地重复此过程，使得螺杆组件向下的位移累积，从而使螺杆向下运动输出位移；
24.第三驱动状态：当所述螺杆组件受拉载荷时，带动第一驱动螺母和第二驱动螺母移动直至第一驱动螺母上端面与第一螺母支撑板相抵，第二驱动螺母上端面与第二压电堆盖相抵；第二压电堆工作，通过逆压电效应伸长，推动两个驱动螺母以及螺杆组件同步向下运动，此时控制无框力矩电机带动第一驱动螺母正向旋转一定角度从而向下运动，而第二驱动螺母上端面与第二压电堆盖相抵无法旋转，从而使无框力矩电机驱动第二驱动螺母的能量储存在上部弹性连接器中；当第二压电堆长度缩短，直到第一驱动螺母上端面与第一螺母支撑板相抵时，螺杆组件相对于初始状态已经有一个相对向上的位移，此时第二驱动螺母与第二压电堆盖之间存在间隙，故上部的弹性连接器中的能量释放，带动第二驱动螺母正向旋转从而向下运动，直到第二驱动螺母恢复至初始位置，即上部的弹性连接器中的能量全部释放；然后第二压电堆长度恢复至初始状态；在螺杆组件持续受拉期间，通过不断地重复此过程，使得螺杆组件向上的位移累积，从而使螺杆向下运动输出位移；
25.第四驱动状态：当所述螺杆组件受拉载荷时，第一驱动螺母上端面与第一母支撑板相抵，带动第一驱动螺母和第二驱动螺母移动直至第二驱动螺母上端面与第二压电堆盖相抵；第二压电堆工作，通过逆压电效应伸长，推动两个驱动螺母以及螺杆组件同步向下运
动，此时控制无框力矩电机带动第一驱动螺母逆向旋转从而向上运动，直到第一驱动螺母上端面与第一螺母支撑板相抵，而第二驱动螺母上端面与第二压电堆盖相抵无法旋转，从而使无框力矩电机驱动第二驱动螺母的能量储存在上部弹性连接器中；当第二压电堆长度恢复时，第一驱动螺母上端面与第一螺母支撑板相抵无法旋转，而第二驱动螺母与第二压电堆盖之间存在间隙，故上部的弹性连接器中的能量释放，带动第二驱动螺母逆向旋转从而向上运动，直到第二驱动螺母上端面与第二压电堆盖相抵；在螺杆组件持续受拉期间，通过不断地重复此过程，使得螺杆组件向下的位移累积，从而使螺杆向下运动输出位移。
26.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
27.本发明通过压电驱动器上下两端各设置一个压电堆，通过第一压电堆的工作，能够实现装置在受压载荷下的运作，通过第二压电堆的工作，能够实现装置在受拉载荷下的运作；所设计的结构紧凑，加工简单，装配简便，并且能够较为轻松的更换里面的零部件，适用范围广，在精密驱动、精密仪器、航天航空等领域具有应用价值，实用性强。
附图说明
28.图1是本发明的一种能承受拉压力的双向位移累积压电堆作动器及其方法的总示意图；
29.图2是一种能承受拉压力的双向位移累积压电堆作动器及其方法的剖视图；
30.图3是外壳组件的爆炸图；
31.图4是电机组件的爆炸图；
32.图5是弹性连接器的爆炸图；
33.图6是第一压电堆组件的爆炸图；
34.图7是第二压电堆组件的爆炸图；
35.图8是螺杆组件的爆炸图；
36.图9是一种能承受拉压力的双向位移累积压电堆作动器及其方法的实施原理图；
37.图中，外壳组件1、下底盖11、第一圆盘111、空心轴段112、限位孔113、第一滚珠花键12a、第二滚珠花键12b、第一压电堆外壳13、第一螺母支撑板14a、第二螺母支撑板14b、第一凸台141a、第二凸台141b、电机外壳15、、上底盖16、第二圆盘161、第二压电堆外壳17、限位块18、电机组件2、无框力矩电机21、第一垫圈22、第二垫圈23、第一电机连接轴24、第二电机连接轴25、轴承26、弹性连接器3、第一连接器31、橡胶片32、第二连接器33、挡条34、第一驱动螺母4a、第二驱动螺母4b、第一压电堆组件5、第一压电堆51、第一压电堆盖52、第一压电堆凸起53、第一压电堆连接孔54、第二压电堆组件6、第二压电堆61、第二压电堆盖62、第二压电堆凸起63、第二压电堆连接孔64、螺杆组件7、螺杆71、第一支撑轴72、第一轴槽721、第二支撑轴73、第二轴槽731、限位挡圈74、外接螺母8。
具体实施方式
38.本发明是一种能承受拉压力的双向位移累积压电堆作动器及其方法，通过压电驱动器上下两端各设置一个压电堆，通过第一压电堆的工作，能够实现受压载荷下的运作，通过第二压电堆的工作，能够实现受拉载荷下的运作。
39.下面结合附图对本发明进一步说明：
40.如图1和图2所示，本发明的一个较佳实施例中，提供了一种能承受拉压力的双向位移累积压电堆作动器，其基本结构包括外壳组件1以及同轴布置于外壳组件1内腔中的电机组件2、两个弹性连接器3、第一驱动螺母4a、第二驱动螺母4b、第一压电堆组件5、第二压电堆组件6和螺杆组件7，电机组件2、两个弹性连接器3、第一驱动螺母4a、第二驱动螺母4b、第一压电堆组件5、第二压电堆组件6和螺杆组件7的中轴线与外壳组件1的中轴线重合。其中，参加图2所示，电机组件2固定于外壳组件1的内腔中部，第一驱动螺母4a和第二驱动螺母4b分别设置于所述电机组件2的两侧，且第一驱动螺母4a和第二驱动螺母4b各自通过一个弹性连接器3与电机组件2连接。电机组件2在外壳组件1中的位置时相对固定的，当外壳组件1工作时能够通过弹性连接器3双向驱动第一驱动螺母4a和第二驱动螺母4b绕轴线旋转，所谓双向驱动是指既能够驱动正向旋转也能够驱动反向旋转，其具体的驱动方向可以通过外部的电机控制器来设置。所谓弹性连接器3是指其自身具有一定的弹性，能够在外力作用下发生可逆的形变，这种弹性主要体现在扭转方向。具体而言，每个弹性连接器3自身具有沿轴向的伸缩自由度，使得第一驱动螺母4a和第二驱动螺母4b能够相对于电机组件2在轴向上有一定的移动范围，但始终与电机组件2保持连接配合。每个弹性连接器3所连接的驱动螺母(第一驱动螺母4a或第二驱动螺母4b)没有被限制绕轴线转动时，电机组件2可以自由驱动所连接的驱动螺母转动，但当每个弹性连接器3所连接的驱动螺母(第一驱动螺母4a或第二驱动螺母4b)被限制绕轴线转动而电机组件2继续驱动时，弹性连接器3需要具备相应的弹性形变能力，即其在扭转方向上应当具有弹性形变余量使其能够被可逆式地周向扭转。需注意的是，这种扭转需要是可逆的，即当外力消失时形变蓄积的能量应当释放，从而使弹性连接器3恢复原状。
41.另外，本实施例中在压电驱动器上下两端各设置一个压电堆组件，以便于能够既接收压载荷也能够接收拉载荷，两个压电堆组件的一端需要保持固定。其中，第一压电堆组件5的一端固定于外壳组件1内腔的一侧端壁上，另一端端面作为与第一驱动螺母4a配合的受压面，第一驱动螺母4a能够抵在受压面上对第一压电堆组件5施加作用力，从而引发逆压电效应变形。同样的，第二压电堆组件6的一端固定于外壳组件1内腔的另一侧端壁上，另一端端面作为与第二驱动螺母4b配合的受压面，第二驱动螺母4b能够抵在受压面上对第二压电堆组件6施加作用力，从而引发逆压电效应变形。
42.双向位移累积压电堆作动器中的外部荷载是通过螺杆组件7来传递的，同时也通过螺杆组件7来对外输出位移，进而实现作动功能。第二压电堆组件6、第二驱动螺母4b、第一个弹性连接器3、贯通电机组件2、第二个弹性连接器3、第一驱动螺母4a和第一压电堆组件5均设计为内部中空的形式，而且顺次相连形成一条贯通的中心通道。螺杆组件7在外壳组件1的内腔中置于该中心通道中，其一端作为位移输出端伸出外壳组件1的顶部，另一端在第二压电堆组件6内腔中被一组限位组件限制轴向移动范围，且螺杆组件7不具备绕轴线周向旋转的自由度。螺杆组件7的中部为外螺纹段，第一驱动螺母4a和第二驱动螺母4b分别与外螺纹段构成螺纹副配合。由于螺杆组件7被其他部件限制因此不具备绕轴线周向旋转的自由度，由此当第一驱动螺母4a和第二驱动螺母4b被电机组件2驱动时可能在螺杆组件7的外螺纹段上顺利地沿螺纹上下滑动。
43.对于该双向位移累积压电堆作动器而言，其既可以受压力从而实现双向作动，也可以受拉力从而实现双向作动。在螺杆组件7的位移输出端受压力作用时，第一压电堆组件
5通过逆压电效应变形推动螺杆组件7轴向运动，再通过电机组件2带动第一驱动螺母4a以及第二驱动螺母4b运作，将第一驱动螺母4a以及第二驱动螺母4b位置恢复，不断重复从而实现螺杆组件7的位移累积；在螺杆组件7的位移输出端受到拉力作用时，第二压电堆组件6通过逆压电效应变形推动螺杆组件7轴向运动，再通过电机组件2带动第一驱动螺母4a以及第二驱动螺母4b运作，将第一驱动螺母4a以及第二驱动螺母4b位置恢复，不断重复从而实现螺杆组件7的位移累积。所谓位移累积是指螺杆组件7在不同运作周期中的位移会被不断累积，从而对外输出不断增加的位移行程。
44.以上描述了本发明的能承受拉压力的双向位移累积压电堆作动器的基本作动原理，下面对作动器中各基本结构在本发明一个较佳实施例中的具体实现形式进行详细展开说明。为了便于叙述，本发明后续将螺杆组件7的位移输出端一侧称为上端，而另一侧称为下端。但需要说明的是，在实际应用时其整体姿态可以出现一定的翻转，并非一定要以上下垂直的状态进行作动。
45.在本实施例中，为了保证压电堆在工作过程中，其有一端处于固定状态，参见图2和图3所示，外壳组件1包括第一压电堆外壳13、电机外壳15、第二压电堆外壳17、第一螺母支撑板14a和第二螺母支撑板14b，电机外壳15的一端通过第一螺母支撑板14a与第一压电堆外壳13的一端连接，电机外壳15的另一端通过第二螺母支撑板14b与第二压电堆外壳17的一端连接。电机组件2固定安装于电机外壳15中且被限制上下移动，第一压电堆组件5和第一驱动螺母4a安装于第一压电堆外壳13中，第二压电堆组件6和第二驱动螺母4b安装于第二压电堆外壳17中，第一压电堆外壳13的另一端由下底盖11封端，第二压电堆外壳17的另一端由上底盖16封端。下底盖11和上底盖16均包括用于封端的圆盘以及位于外壳组件1内腔中的空心轴段和滚珠花键，空心轴段一端垂直安装于圆盘上，另一端安装滚珠花键，螺杆组件7除中部外螺纹段之外的两侧光杆段各自穿过所在侧的滚珠花键，由限制所述螺杆组件7仅能沿轴向移动而无法旋转和径向移动。限位组件为两块限位块18，所述下底盖11上的空心轴段上开设有两个间隔的限位孔113，每个限位孔113内过盈安装有一块限制螺杆组件7轴向运动范围的限位块18。
46.具体而言，参见图3所示，外壳组件1中各子部件的位置关系如下：下底盖11由第一圆盘111、第一条空心轴段112和第一滚珠花键12a组成，第一圆盘111上端设置有空心轴段112，空心轴段112设置在第一滚珠花键12a之下；上底盖16由第二圆盘161、第二条空心轴段112和第二滚珠花键12b组成，第二圆盘161、下端设置有第二条空心轴段112，第二条空心轴段112位于第二滚珠花键12b之上。螺杆组件7中靠近位移输出端的光杆段穿过第二条空心轴段112，而远离位移输出端的光杆段穿过第一条空心轴段112。第一圆盘111上端固定连接有第一压电堆外壳13，第一压电堆外壳13上端固定连接有第一螺母支撑板14a，第一螺母支撑板14a上端螺纹连接有电机外壳15，电机外壳15上端螺纹连接有第二螺母支撑板14b，第二螺母支撑板14b上端固定连接有第二压电堆外壳17，第二压电堆外壳17上端与上底盖16上部的第二圆盘161下端固定连接。
47.在本实施例中，为了将电机固定在电机外壳15内并实现相应的驱动作用，参见图2～4，电机组件2包括固定连接在电机外壳15内的无框力矩电机21以及分别固定连接在无框力矩电机21内部转子两侧的第一电机连接轴24和第二电机连接轴25，其中第二电机连接轴25固定连接在无框力矩电机21内部转子上部，第一电机连接轴24固定连接在无框力矩电机
21内部转子下部，第一电机连接轴24上部的输出端和第二电机连接轴25下部的输出端分别过盈套接有一个轴承26，两个轴承26均固定安装于外壳组件1内，为第一电机连接轴24和第二电机连接轴25提供转动支撑。同时，为了本实施例中为了保证轴承工作和安装的可靠性，在靠近上部的轴承26与无框力矩电机21上端之间安装有第一垫圈22，靠近下部的轴承26与无框力矩电机21下端之间安装有第二垫圈23。另外，为了能够限制两个轴承26的移动，可在第二螺母支撑板14b内孔上部设置有第二凸台141b，第二凸台141b下端面与靠近上部的轴承26外圈上端面相抵，可在第一螺母支撑板14a内孔下部设置有第一凸台141a，第一凸台141a上端面与靠近下部的轴承26外圈下端面相抵。
48.在本实施例中，为了使无框力矩电机21能够不同步的驱动上下两个驱动螺母4，如参见图2～5，每个弹性连接器3均包括中空的第一连接器31和中空的第二连接器33，两者均呈圆环形式。第一连接器31一端固定设置有若干个橡胶片32，若干个橡胶片32整体上绕着第一连接器31的圆周方向布置，形成圆筒形式。第二连接器33内壁设置有与第一连接器31上橡胶片32数量相同的挡条34且挡条34沿轴向布置。在本实施例中，橡胶片32和挡条34的数量均为5。第一连接器31与第二连接器33配合状态下，每两根挡条34之间正好插入一片贴合第二连接器33内壁的橡胶片32且挡条34与橡胶片32之间没有间隙，通过挡条34与橡胶片32的配合使第一连接器31能在第二连接器33中沿着轴向移动且能通过橡胶片32的变形扭转，但由于橡胶片32的扭转并非无限的，因此其存在一个最大扭转角度。橡胶片32扭转过程中，能够被蓄积，后续当扭矩消失且不受外力时，即可释放出内部的蓄积能量，并进而驱动所连接的驱动螺母转动。电机组件2每一侧的弹性连接器3中，第一连接器31与该侧的电机连接轴固定连接传动，第二连接器33与该侧的驱动螺母固定连接传动。具体到本实施例而言，参加图2中所示，电机组件2上端的第一连接器31外壁与第二连接轴24内孔固定连接且第二连接器33位于第一连接器31远离电机组件2的一侧，第二连接器33与电机组件2上端的第二驱动螺母4b固定连接；电机组件2下端的第一连接器31外壁与第一连接轴25内壁固定连接且第二连接器33与电机组件2下端的第一驱动螺母4a固定连接，从而做到当驱动螺母第一驱动螺母4a或第二驱动螺母4b受到轴向压力时，无框力矩电机21驱动驱动螺母4的能量能够储存在弹性连接器3中，当驱动螺母受到的轴向力消失时，弹性连接器3将储存内部的能量释放，带动驱动螺母2旋转。
49.在本实施例中，为了使两个驱动螺母能够有一定的轴向移动空间，参见图2、图6、图7，第一压电堆组件5包括卡合固定的第一压电堆51与第一压电堆盖52，第二压电堆组件6包括卡合固定的第二压电堆61与第二压电堆盖62。另外，由于压电堆在轴向受压形变时，其周向也会出现一定的形变，因此第一压电堆51和第二压电堆61的内外壁均需要留有周向形变所必要的缝隙。压电堆与压电堆盖的卡合，可通过设置相应的凸起和连接孔来实现，本实施例中，第二压电堆61上端设有第二压电堆凸起63，第二压电堆盖62下部设有与第二压电堆凸起63过盈连接的第二压电堆连接孔64；第一压电堆51下端设有第一压电堆凸起53，第一压电堆盖52下部设有与第一压电堆凸起53过盈连接的第一压电堆连接孔54。两个驱动螺母的轴向移动行程也是被限制的，第二驱动螺母4b仅能够在第二螺母支撑板14b与第二压电堆盖62之间轴向运动，而第一驱动螺母4a仅能够在第一螺母支撑板14a与第一压电堆盖52之间轴向运动。
50.本实施例中，为了保证螺杆71在运动过程中，不会因为超过行程而导致装置损坏，
所以增设了限位挡圈74，参见图2、图3、图8，螺杆组件7包括螺杆71以及分别固定连接在螺杆71两端的第一支撑轴72和第二支撑轴73，第一支撑轴72和第二支撑轴73均为光轴，在第一支撑轴72的末端连接有限位挡圈74。其中第二支撑轴73固定连接在螺杆71上端，第一支撑轴72固定连接在螺杆71下端，限位挡圈74固定连接在第一支撑轴72下端。螺杆71通过外螺纹与第一驱动螺母4a以及第二驱动螺母4b螺纹连接，而限位挡圈74位于两个限位块18之间从而由两个限位块18为边界形成了限位挡圈74的可滑动范围。第二支撑轴73的上端端部固定连接有伸出外壳组件1的外接螺母8。外接螺母8可以与外部带驱动的设备相连。
51.在本实施例中，为了保证螺杆71在运动时，只做直线运动而没有旋转运动，如图7所示，可以在第二支撑轴73上设有与所在侧的滚珠花键相配合的第二轴槽731，第一支撑轴72上设有与所在侧的滚珠花键相配合的第一轴槽721。
52.基于上述双向位移累积压电堆作动器，本发明还提供了一种利用这种双向位移累积压电堆作动器的作动方法，它将双向位移累积压电堆作动器以位移输出端朝上的方向接收外部载荷，并按照载荷类型以及指定的位移输出方向通过控制电机组件2的驱动方向进行位移累积，其原理图参见图9，其具体实施过程如下：
53.第一驱动状态：当所述螺杆组件7受压载荷时，带动第一驱动螺母4a和第二驱动螺母4b移动直至第二驱动螺母4b下端面与第二螺母支撑板14b相抵，第一驱动螺母4a下端面与第一压电堆盖52相抵；第一压电堆51工作，通过逆压电效应伸长，推动两个驱动螺母以及螺杆组件7同步向上运动，此时控制无框力矩电机21正向旋转，由于螺杆组件7只能做轴向移动，无法旋转，所以带动第二驱动螺母4b正向旋转从而向下运动，直到第二驱动螺母4b下端面与第二螺母支撑板14b相抵，而第一驱动螺母4a下端面与第一压电堆盖52相抵无法旋转，从而使无框力矩电机21驱动第一驱动螺母4a的能量储存在下部弹性连接器3中；当第一压电堆51长度恢复时，第二驱动螺母4b下端面与第二螺母支撑板14b相抵，所以第二驱动螺母4b与螺杆组件7无法旋转，而第一驱动螺母4a与第一压电堆盖52之间存在间隙，故下部的弹性连接器3中的能量释放，带动第一驱动螺母4a正向旋转，从而第一驱动螺母4a向下运动，直到第一驱动螺母4a下端面与第一压电堆盖52相抵。上述过程为一个作动周期，在螺杆组件7持续受压期间，通过不断地重复此周期过程，使得螺杆组件7向上的位移累积，从而使螺杆71向上运动输出位移。
54.第二驱动状态：当所述螺杆组件7受压载荷时，带动第一驱动螺母4a和第二驱动螺母4b移动直至第二驱动螺母4b下端面与第二螺母支撑板14b相抵，第一驱动螺母4a下端面与第一压电堆盖52相抵；第一压电堆51工作，通过逆压电效应伸长，推动两个驱动螺母以及螺杆组件7同步向上运动，此时控制无框力矩电机21带动第二驱动螺母4b逆向旋转一定角度，由于螺杆组件7只能做轴向移动，无法旋转，所以第二驱动螺母4b逆向旋转一定角度从而向上运动，而第一驱动螺母4a下端面与第一压电堆盖52相抵无法旋转，从而使无框力矩电机21驱动第一驱动螺母4a的能量储存在下部弹性连接器3中；当第一压电堆51长度缩短，直到第二驱动螺母4b下端面与第二螺母支撑板14b相抵时，螺杆组件7相对于初始状态已经有了一个相对向下的位移，此时第一驱动螺母4a与第一压电堆盖52之间存在间隙，故下部的弹性连接器3中的能量释放，带动第一驱动螺母4a逆向旋转，从而第一驱动螺母4a向上运动，直到第一驱动螺母4a恢复至初始位置，即下部的弹性连接器3中的能量全部释放；然后第一压电堆51长度恢复至初始状态。上述过程为一个作动周期，在螺杆组件7持续受压期
间，通过不断地重复此周期过程，使得螺杆组件7向下的位移累积，从而使螺杆71向下运动输出位移。
55.第三驱动状态：当所述螺杆组件7受拉载荷时，带动第一驱动螺母4a和第二驱动螺母4b移动直至第一驱动螺母4a上端面与第一螺母支撑板14a相抵，第二驱动螺母4b上端面与第二压电堆盖62相抵；第二压电堆61工作，通过逆压电效应伸长，推动两个驱动螺母以及螺杆组件7同步向下运动，此时控制无框力矩电机21带动第一驱动螺母4a正向旋转一定角度，由于螺杆组件7只能做轴向移动，无法旋转，所以第一驱动螺母4a正向旋转一定角度从而向下运动，而第二驱动螺母4b上端面与第二压电堆盖62相抵无法旋转，从而使无框力矩电机21驱动第二驱动螺母4b的能量储存在上部弹性连接器3中；当第二压电堆61长度缩短，直到第一驱动螺母4a上端面与第一螺母支撑板14a相抵时，螺杆组件7相对于初始状态已经有了一个相对向上的位移，此时第二驱动螺母4b与第二压电堆盖62之间存在间隙，故上部的弹性连接器3中的能量释放，带动第二驱动螺母4b正向旋转，从而第二驱动螺母4b向下运动，直到第二驱动螺母4b恢复至初始位置，即上部的弹性连接器3中的能量全部释放；然后第二压电堆61长度恢复至初始状态。上述过程为一个作动周期，在螺杆组件7持续受拉期间，通过不断地重复此周期过程，使得螺杆组件7向上的位移累积，从而使螺杆71向下运动输出位移；
56.第四驱动状态：当所述螺杆组件7受拉载荷时，第一驱动螺母4a上端面与第一母支撑板14a相抵，带动第一驱动螺母4a和第二驱动螺母4b移动直至第二驱动螺母4b上端面与第二压电堆盖62相抵；第二压电堆61工作，通过逆压电效应伸长，推动两个驱动螺母以及螺杆组件7同步向下运动，此时控制无框力矩电机21带动第一驱动螺母4a逆向旋转，由于螺杆组件7只能做轴向移动，无法旋转，所以第一驱动螺母4a逆向旋转从而向上运动，直到第一驱动螺母4a上端面与第一螺母支撑板14a相抵，而第二驱动螺母4b上端面与第二压电堆盖62相抵无法旋转，从而使无框力矩电机21驱动第二驱动螺母4b的能量储存在上部弹性连接器3中；当第二压电堆61长度恢复时，第一驱动螺母4a上端面与第一螺母支撑板14a相抵，所以第一驱动螺母4a与螺杆组件7无法旋转，而第二驱动螺母4b与第二压电堆盖62之间存在间隙，故上部的弹性连接器3中的能量释放，带动第二驱动螺母4b逆向旋转，从而第二驱动螺母4b向上运动，直到第二驱动螺母4b上端面与第二压电堆盖62相抵。上述过程为一个作动周期，在螺杆组件7持续受拉期间，通过不断地重复此周期过程，使得螺杆组件7向下的位移累积，从而使螺杆71向下运动输出位移。
57.由此可见，本发明使用两端各安装压电堆，通过下压电堆实现载荷向下时装置的工作，通过上压电堆完成载荷向上时的工作，从而能够实现受拉载荷以及受压载荷的运作，并且装置的结构简单，安装方便，能够快捷的替换零部件。
58.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。