[实用新型]一种柱状结构的微纳精密压电螺纹驱动机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种柱状结构的微纳精密压电螺纹驱动机构，属于微纳驱动技术领域。

背景技术

利用定子弯曲振动模态的螺纹副驱动型旋转-直线超声电机是诸多类型超声电机中的一种，相对于其它类型的超声电机，该类超声电机的定子与输出轴通过螺纹副传动，通过激发定子空间上相互正交的两个弯曲振动模态，利用振动的耦合与叠加，在定子驱动端的内表面产生驱动行波，它能够较容易的实现螺纹输出轴旋转-直线自由度运动的输出。它与圆盘行波类型的超声电机相比，具有结构简单、易于微型化及定位精度高的特点。基于螺纹副传动的螺纹副驱动型超声电机根据超声电机定子结构与激振模式的不同可分为以下几种：定子为多面体结构的利用面内弯曲振动模态耦合驱动行波的螺纹驱动多面体超声电机，利用环状超薄结构定子面内弯曲振动模态驻波驱动的螺纹副驱动型超声电机，这几种电机的定子多采用多面体或圆环状结构，通过激发定子的面内振动模态实现电机输出部件的旋转-直线运动。

随着螺纹副驱动型超声电机的不断发展，一种定子采用悬臂梁结构的一端固支的压电复合弯曲梁螺纹副驱动型直线电机也被大量的研究学者研究，该类电机主要是利用柱状悬臂梁结构定子的空间正交弯曲振动模态的耦合产生驱动行波，实现输出轴的运动输出；另一种具有代表意义的螺纹驱动型柱状旋转-直线超声电机主要有定子为粘贴压电片的金属管式与压电管式两种类型的超声波导螺杆电动机，该超声波导螺杆电动机主要是利用两端自由约束的柱体定子空间上正交的两个一阶弯曲振动相互耦合，在定子自由端的内表面产生驱动行波，定子与输出轴通过螺纹副传动，在轴向负载力的作用下实现输出轴的旋转-直线运动输出；上述螺纹副驱动型超声电机定子所用的压电元件多采用d₃₁振动模式，利用该种振动模式使得电机在微型化制造方面存在一定的优势。综上所述，当前研究学者针对螺纹副驱动型超声电机所做的研究工作主要是集中在电机本体性能的提升，但在螺纹副驱动型超声电机的封装设计方面却鲜有报道，这使得螺纹副驱动型超声电机在精密驱动技术领域应用过程中严重的缺乏可靠性、安全性与实用性，这一定程度上限制了螺纹副驱动型超声电机在光学精密仪器、航空航天、数码产品、智能机器人以及医疗器械等微纳驱动技术领域中的进一步发展与应用。

发明内容

为了解决螺纹副驱动型超声电机因未进行封装设计而导致其在微驱动技术领域应用过程中缺乏可靠性、安全性与实用性等问题，本实用新型公开了一种柱状结构的微纳精密压电螺纹驱动机构。

本实用新型所采用的技术方案是：

所述的一种柱状结构的微纳精密压电螺纹驱动机构包括限位端盖、定子、封装套筒、锁紧螺钉和转子输出轴；所述限位端盖与封装套筒螺纹连接，封装套筒通过锁紧螺钉与定子连接，定子与转子输出轴螺纹连接；所述限位端盖设置有封装外螺纹、导线孔和限位板；所述定子设置有限位锥形孔、压电陶瓷片激励组一、压电陶瓷片激励组二、螺母弹性体和定子内螺纹孔；所述封装套筒设置有套筒定位棱面、套筒阶梯面、套筒棱面螺孔、套筒内螺纹和套筒连通孔；所述转子输出轴设置有转子输出轴外螺纹和运动转换器；所述封装外螺纹通过套筒内螺纹与封装套筒螺纹连接，导线孔用于压电陶瓷片激励组一和压电陶瓷片激励组二的通电导线引出，限位端盖通过限位板限位；所述限位锥形孔通过锁紧螺钉与封装套筒固定，压电陶瓷片激励组一和压电陶瓷片激励组二分别与螺母弹性体胶粘固定。所述压电陶瓷片激励组一和压电陶瓷片激励组二分别由4片压电元件构成，所述定子内螺纹孔通过转子输出轴外螺纹与转子输出轴螺纹连接；所述套筒定位棱面与外围装置连接固定，套筒阶梯面用于与外围装置连接时限位，套筒棱面螺孔通过锁紧螺钉与定子连接，套筒内螺纹通过封装外螺纹与限位端盖螺纹连接，套筒连通孔用于实现转子输出轴的运动输出；所述转子输出轴外螺纹与通过定子内螺纹孔与定子螺纹连接，所述运动转换器可将旋转-直线运动转化直线运动。

所述定子长度与截面边长的比值取值范围为3~5；所述转子输出轴的长度与定子的长度比值满足的取值范围为1.5~2.5；所述封装套筒的长度与封装套筒的截面边长比值满足的取值范围为2~5；所述锁紧螺钉的直径与转子输出轴的直径比满足的取值范围为0.2~0.5。