一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器的制作方法

1.本发明涉及压电驱动技术领域，特别涉及一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器。


背景技术：

2.压电粘滑驱动器是通过压电叠堆施加电压幅值缓慢增加和快速下降的锯齿波电信号，激励其产生缓慢伸长与快速收缩交替变形，使得驱动足与动子之间的摩擦状态在“粘状态(静摩擦)”与“滑状态(动摩擦)”之间相互转换。在“粘状态”阶段，动子会伴随着驱动足一起运动；在“滑状态”阶段，驱动足与动子之间发生相对运动，且动子保持静止状态，进而驱动动子实现机械运动输出。压电粘滑驱动器具有不受电磁干扰、激励信号简单、可实现大行程、高精度等独特优势，已在精密运动平台、光学精密仪器等领域获得了成功应用。
3.现有压电粘滑驱动器主要分为两类：一类是压电叠堆与滑杆一起通过胶粘等方式构成悬臂梁定子，动子在滑杆上运动，这会导致压电叠堆承受侧向载荷，且动子运动的距离越大侧向载荷也越大，严重时会破坏压电叠堆；另一类是将压电叠堆置于经过特殊设计的柔性铰链中，压电叠堆的伸长变形在驱动足处会产生横向和纵向两个分变形，其中纵向变形用于压电动子，横向变形用于驱动动子，但柔性铰链式压电粘滑驱动器输出特性仍有进一步提升空间。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中存在的问题，构思了一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器，l形杆及其柔性铰链与连接段构成一个杠杆放大机构，平行四边形外架右侧斜边及其柔性铰链与l形杆的短边构成另一个杠杆放大机构，压电叠堆的伸长变形通过两级杠杆放大机构放大后作用于动子，增大动子的输出步距。
5.实现本发明的技术方案是：一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器，它包括：压电叠堆5，滑动副9，其特征是，它还包括：平行四边形外架1、致动框2、连接段3、l形杆4、楔形块6、动子8，所述的平行四边形外架1底边为固定座1.2，在所述的固定座1.2上设有通孔1.3，在所述的平行四边形外架1固定座1.2的对边外侧设置驱动足1.1，在所述的平行四边形外架1固定座1.2和固定座1.2的邻边间设置l形杆4，在所述的平行四边形外架1固定座1.2与l形杆4间设置致动框2，所述的致动框2一端与固定座1.2固连，所述的致动框2另一端与l形杆4通过连接段3固连，在所述的致动框2底部设置安装座2.1，在所述的致动框2设置压电叠堆5，所述的压电叠堆5与安装座2.1间设置楔形块6，在所述的滑动副9与驱动足1.1设置动子8，所述的动子8上、下轨道分别接触滑动副9与驱动足1.1。
6.进一步，所述的驱动足1.1外形是半圆柱面。
7.进一步，所述的滑动副9为导轨滑块。
8.进一步，在所述的致动框2与连接段3连接的致动框2的一边框上设置柔性铰链7。
9.进一步，所述动子8可为直线动子或旋转动子。
10.本发明一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器有益效果体现在：一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器，压电叠堆的伸长变形通过两级杠杆式位移放大机构进行放大，驱动足处的变形来源于压电叠堆伸长变形经过两次放大后的变形，能够显著增大驱动足处的变形，压电叠堆的伸长变形通过两级杠杆放大机构放大后作用于动子，进而增大动子的输出步距。
附图说明
11.图1是一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器的结构示意图；
12.图2是一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器所需激励电信号示意图。
13.图中：1.平行四边形外架，1.1.驱动足，1.2.固定座，1.3.通孔，2.致动框，2.1.安装座，3.连接段，4.l形杆，5.压电叠堆，6.楔形块，7.柔性铰链，8.动子，9.滑动副。
具体实施方式
14.以下结合附图1-2和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
15.参照附图1所示，一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器，它包括：平行四边形外架1、致动框2、连接段3、l形杆4、压电叠堆5、楔形块6、动子8、滑动副9，平行四边形外架1的底部水平边中部设置驱动足1.1，该驱动足1.1与动子8接触，平行四边形外架1的顶部水平边设置有固定座1.2，固定座1.2上设置有两个通孔1.3，用于压电粘滑驱动器的安装和固定，平行四边形外架1的两个斜边靠近固定座1.2处分别设置有一个柔性铰链7；致动框2的内侧设置有安装座2.1，用于安装楔形块6，致动框2靠近安装座1.2一端与平行四边形外架1的固定座1.2相连，致动框2的下侧设置有两个柔性铰链7，两个柔性铰链中间位置外侧设置有连接段3；压电叠堆5设置在致动框2的内部，其一端与两个柔性铰链中间位置内侧接触，另一端与楔形块6接触，楔形块6相互配合实现压电叠堆5预紧力的施加；l形连杆4的的长边与平行四边形外架1的固定座相连，且设置有一个柔性铰链7，其短边与平行四边形外架1的右侧斜边相连，致动框2通过连接段3与l形杆4的长边相连，l形杆4的长边与平行四边形外架1的斜边平行布置；压电叠堆5的伸长变形通过连接段3作用在l形杆4上，则l形杆4会绕着柔性铰链7产生逆时针转动进而在其短边端部输出变形，由l形杆4输出的变形作用在平行四边形外架1的右侧斜边上，平行四边形外架1会绕着柔性铰链7产生逆时针转动使驱动足1-1处输出位移，所述l形杆4及其柔性铰链7与连接段3构成一个杠杆位移放大机构，平行四边形外架1右侧斜边及其柔性铰链7与l形杆4的短边构成另一个杠杆位移放大机构，因此驱动足1.1处输出的位移为压电叠堆5的伸长变形经过两次放大后的变形，平行四边形外架1、致动框2、连接段3和l形杆4为一体件，驱动足1.1采用半圆柱面形式，相应地驱动足1.1与动子之间为线接触，动子通过导轨滑块固定，所述动子8可为直线动子或旋转动子，在摩擦作用下驱动足1.1可使动子8向左运动或向顺时针方向运动。
16.一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器操作过程：
17.步骤一(0～t1)：压电叠堆5施加电压幅值缓慢匀速上升的信号激励，相应地压电叠堆5产生缓慢的伸长变形，压电叠堆5的伸长变形经过两级杠杆放大机构放大后在驱动足1.1处输出变形；在压电叠堆5缓慢伸长过程中，驱动足1.1与动子8之间的摩擦为静摩擦，在
静摩擦力作用下，动子8会被向右侧方向移动一段距离；
18.步骤二(t1～t2)：压电叠堆5施加电压幅值快速匀速下降的信号激励，相应地压电叠堆5产生快速的收缩变形，压电叠堆5的伸长变形经过两级杠杆放大机构放大后在驱动足1.1处输出变形；在压电叠堆5快速收缩过程中，驱动足1.1与动子8之间的摩擦转换为动摩擦，在此过程中动子8在理想状态下保持静止不动；
19.上述两个步骤为一个周期的致动过程，参照附图2所示，其中步骤一中电压幅值变化时间大于步骤二中电压幅值的变化时间；重复上述步骤可实现动子8向右侧方向的大行程步进式运动输出。
20.以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器，它包括：压电叠堆(5)，滑动副(9)，其特征是，它还包括：平行四边形外架(1)、致动框(2)、连接段(3)、l形杆(4)、楔形块(6)、动子(8)，所述的平行四边形外架(1)底边为固定座(1.2)，在所述的固定座(1.2)上设有通孔(1.3)，在所述的平行四边形外架(1)固定座(1.2)的对边外侧设置驱动足(1.1)，在所述的平行四边形外架(1)固定座(1.2)和固定座(1.2)的邻边间设置l形杆(4)，在所述的平行四边形外架(1)固定座(1.2)与l形杆(4)间设置致动框(2)，所述的致动框(2)一端与固定座(1.2)固连，所述的致动框(2)另一端与l形杆(4)通过连接段(3)固连，在所述的致动框(2)底部设置安装座(2.1)，在所述的致动框(2)设置压电叠堆(5)，所述的压电叠堆(5)与安装座(2.1)间设置楔形块(6)，在所述的滑动副(9)与驱动足(1.1)间设置动子(8)，所述的动子(8)上、下轨道分别接触滑动副(9)与驱动足(1.1)。2.根据权利要求1所述的一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器，其特征是，所述的驱动足(1.1)外形是半圆柱面。3.根据权利要求1所述的一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器，其特征是，所述的滑动副(9)为导轨滑块。4.根据权利要求1所述的一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器，其特征是，在所述的致动框(2)与连接段(3)连接的致动框(2)的一边框上设置柔性铰链(7)。5.根据权利要求1、权利要求2或权利要求4所述的一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器，其特征是，所述动子(8)可为直线动子或旋转动子。

技术总结
本发明一种基于两级杠杆放大机构的压电粘滑驱动器，它包括：平行四边形外架、致动框、连接段、L形杆、压电叠堆、楔形块、动子、滑动副，L形杆及其柔性铰链与连接段构成一个杠杆放大机构，平行四边形外架右侧斜边及其柔性铰链与L形杆的短边构成另一个杠杆放大机构，驱动足处的变形来源于压电叠堆伸长变形经过两次放大后的变形，能够显著增大驱动足处的变形，压电叠堆的伸长变形通过两级杠杆放大机构放大后作用于动子，动子会伴随着驱动足一起运动，进而增大动子的输出步距。进而增大动子的输出步距。进而增大动子的输出步距。


技术研发人员：王良 王鹤然 郭丹丹
受保护的技术使用者：东北电力大学
技术研发日：2021.09.29
技术公布日：2022/1/14