[发明专利]基于螺旋嵌位结构的直线压电作动器及其工作方法

说明书

本发明公开了一种基于螺旋嵌位结构的直线压电作动器及其工作方法，直线压电作动器包含压电驱动模块、壳体、输出轴；输出轴包含依次同轴固连的第一光柱、螺柱、第二光柱；压电驱动模块设置在壳体内，包含三个承载板、两个螺母、柔性联轴器、M个第一压电叠堆组和M个第二压电叠堆组；三个承载板均为圆板，依次平行等距设置在壳体内、和壳体同轴固连。通过控制M个第一压电叠堆组和M个第二压电叠堆组中压电叠堆的时序，使两个螺母产生固定步序的周期运动，进而使得输出轴产生正反向直线运动，从而实现装置的正、反向运动工作。本发明有精度高、输出扭矩大，且通用性较高，易于推广，具有良好的经济效益。

技术领域

本发明涉及压电驱动领域，尤其涉及一种基于螺旋嵌位结构的直线压电作动器及其工作方法。

背景技术

压电作动器是一种基于螺旋嵌位结构的直线压电作动装置，具有惯性小、无级变速、直驱、响应速度快等优点。压电作动器既可以作为直接的驱动源提供动力，也可以用来驱动和控制高精度定位装置。但是，压电作动器仍具有许多尚未解决的难题，例如输出功率不足、推力较小等，导致其在航空航天、工业机器人、机械传动等领域的应用仍然有限。因此，如何增大超声电机的功率、如何进一步提高输出推力及负载力成了压电作动器进一步拓宽应用范围、提高装置性能所面临的主要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于螺旋嵌位结构的直线压电作动器及其工作方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于螺旋嵌位结构的直线压电作动器，包含压电驱动模块、壳体、输出轴；

所述输出轴包含依次同轴固连的第一光柱、螺柱、第二光柱，所述第一光柱、第二光柱远离螺柱的一端均设有用于和外部相连的连接键；

所述壳体为两端封闭的空心圆柱体，其两个端面中心分别设有供所述第一光柱、第二光柱穿出的通孔；

所述压电驱动模块设置在壳体内，包含第一至第三承载板、第一至第二螺母、柔性联轴器、M个第一压电叠堆组和M个第二压电叠堆组，M为大于等于1的自然数；

所述第一至第三承载板均为圆板，依次平行设置在壳体内、和壳体同轴固连，第一承载板、第二承载板之间的距离等于第二承载板、第三承载板之间的距离，且第一至第三承载板中心均设有供螺柱穿过的通孔；

所述第一光柱通过第一直线轴承和所述壳体一个端面中心的通孔相连，第二光柱通过第二直线轴承和壳体另一个端面中心的通孔相连，使得输出轴能够相对壳体自由滑动；所述螺柱位于壳体内，依次穿过第一承载板、第二承载板、第三承载板中心的通孔，和第一承载板、第二承载板、第三承载板不接触；

所述第一螺母设置在第一承载板、第二承载板之间，第二螺母设置在第二承载板、第三承载板之间，第一螺母、第二螺母均和所述螺柱螺纹相连；所述柔性联轴器套在螺柱上，一端和第一螺母固连，另一端穿过第二承载板中心的通孔后和第二螺母固连；

所述M个第一压电叠堆组周向均匀的设置在第二承载板面向第一承载板的端面上，所述第一压电叠堆组均包含第一压电叠堆、第二压电叠堆，其中，第一压电叠堆、第二压电叠堆均一端和所述第二承载板面向第一承载板的端面固连，另一端和第一螺母相抵；第一压电叠堆、第二压电叠堆均用于向第一螺母施加推力和旋转力，且第一压电叠堆、第二压电叠堆施加的旋转力大小相同、方向相反；

所述M个第二压电叠堆组周向均匀的设置在第二承载板面向第三承载板的端面上，所述第二压电叠堆组均包含第三压电叠堆、第四压电叠堆，其中，第三压电叠堆、第四压电叠堆均一端和所述第二承载板面向第三承载板的端面固连，另一端和第二螺母之间的间隙为预设的距离阈值l₁；第三压电叠堆、第四压电叠堆均用于向第二螺母施加推力和旋转力，且第三压电叠堆、第四压电叠堆施加的旋转力大小相同、方向相反。