[发明专利]采用微齿驱动的大行程压电直线作动器及作动方法

说明书

采用微齿驱动的大行程压电直线作动及作动方法，该作动器主要包括带有微齿结构的作动轨道，以及可以分别与作动轨道啮合，安装后相互存在相位差的三组驱动齿，控制驱动齿上下运动的压电陶瓷及其位移放大结构，以及约束作动轨道与驱动齿相互啮合的弹性预紧装置组成；该作动器通过带有相位差的驱动齿与作动轨道轮流啮合驱动作动轨道完成双向直线位移的输出，每次的啮合都可以将作动轨道推动1/3的齿间距行程；该作动器使用微齿结构实现大行程的位移输出，具有输出行程大，钳位可靠，控制简单，易于闭环控制的特点。

技术领域

本发明涉及一种压电作动装置，具体为一种采用微齿驱动，能够能够实现大行程直线位移的作动器及其作动方法。

背景技术

近年来压电驱动装置不断发展，支持了国防、航天，机械制造等重要工业的发展建设，也衍生出了品种繁多的压电作动装置，然而受制于压电材料作动行程小的缺点，压电陶瓷作动器难以实现大行程的输出，需要借助于不同的工作原理实现大行程的位移输出。

发明内容

为了满足上述需求，本发明的目的在于提供一种采用微尺结构驱动的大行程压电直线作动器，作动器借助于三组微齿结构，利用两组压电陶瓷实现了双向直线作动输出。这种作动方式，具有控制方法简明，单步位移准确，无需外部闭环控制的优势。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种采用微齿驱动的大行程压电直线作动器，包括底座1，与底座1通过柔性铰链连接的第一右侧杠杆梁2-1和第二右侧杠杆梁2-2，安装在第一右侧杠杆梁2-1与底座1之间的第一右侧驱动压电陶瓷3-1、安装在第二右侧杠杆梁2-2与底座1之间的第二右侧驱动压电陶瓷3-2；与第一右侧杠杆梁2-1和第二右侧杠杆梁2-2通过柔性铰链链接，能够进行上下运动的右侧驱动齿4；与底座1通过柔性铰链连接的第一左侧杠杆梁5-1和第二左侧杠杆梁5-2，安装在第一左侧杠杆梁5-1与底座1之间的第一左侧驱动压电陶瓷6-1、安装在第二左侧杠杆梁5-2与底座1之间的第二左侧驱动压电陶瓷6-2；与第一左侧杠杆梁5-1和第二左侧杠杆梁5-2通过柔性铰链链接，能够进行上下运动的左侧驱动齿7；固定在底座1上位于右侧驱动齿4和左侧驱动齿7间的中间驱动齿8，安装在中间驱动齿8上带有微齿结构的作动轨道9，布置在作动轨道9上方，提供弹性约束，使作动轨道9与中间驱动齿8、或是右侧驱动齿4、左侧驱动齿7啮合的弹性预紧装置10。

所述右侧驱动齿4、左侧驱动齿7、中间驱动齿8以及作动轨道9上的微齿结构齿间距均为d，且能够互相啮合；初始安装后，中间驱动齿8和作动轨道9啮合，右侧驱动齿4以及左侧驱动齿7的位置低于中间驱动齿8，且右侧驱动齿4的齿尖相对于作动轨道9的齿根向右偏移1/3d，左侧驱动齿7的齿尖相对于作动轨道9的齿根向左偏移1/3d；通过齿间距为d微齿之间的啮合能够完成正反双向的大行程高精度步进输出。

所述右侧驱动齿4能够在第一右侧驱动压电陶瓷3-1和第二右侧驱动压电陶瓷3-2的驱动下，第一右侧杠杆梁2-1和第二右侧杠杆梁2-2的位移放大下，各柔性铰链的约束下实现上下运动；所述左侧驱动齿7能够在第一左侧驱动压电陶瓷6-1和第二左侧驱动压电陶瓷6-2的驱动下，第一左侧杠杆梁5-1和第二左侧杠杆梁5-2的位移放大下，各柔性铰链的约束下实现上下运动。

所述的采用微齿驱动的大行程压电直线作动器的作动方法，该作动器通过第一右侧驱动压电陶瓷3-1和第二右侧驱动压电陶瓷3-2，第一左侧驱动压电陶瓷6-1和第二左侧驱动压电陶瓷6-2按照一定时序工作驱动作动轨道9完成向左、向右的双向大行程直线运动，作动开始前，作动轨道9与固定的中间驱动齿8啮合，处于位置锁止状态，所有驱动压电陶瓷都处于断电状态；

能够驱动作动轨道9实现双向大行程直线位移，当作动轨道9向右运动时，具体驱动过程如下：