采用微齿驱动的大行程压电直线作动器及作动方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108847782A(43)申请公布日2018.11.20(21)申请号201810582129.6(22)申请日2018.06.07(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市碑林区咸宁西路28号申请人北京空间飞行器总体设计部(72)发明人宋思扬徐明龙王晓宇邵恕宝(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务所61215代理人何会侠(51)Int.Cl.H02N2/04(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称采用微齿驱动的大行程压电直线作动器及作动方法(57)摘要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。CN108847782ACN108847782A权利要求书1/2页1.一种采用微齿驱动的大行程压电直线作动器，其特征在于：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)。2.根据权利要求1所述的采用微齿驱动的大行程压电直线作动器，其特征在于：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。3.根据权利要求1所述的采用微齿驱动的大行程压电直线作动器，其特征在于：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。4.权利要求1至3任一项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，其特征在于：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：第一步，第一右侧驱动压电陶瓷(3-1)和第二右侧压电陶瓷(3-2)通电伸长，陶瓷的输出位移经过第一右侧杠杆梁(2-1)和第二右侧杠杆梁(2-2)放大后推动右侧驱动齿(4)位置升高，右侧驱动齿(4)顶起了受到弹性预紧装置(10)弹性约束的作动轨道(9)，且与作动轨道(9)的微齿逐渐完全啮合，此过程中，作动轨道(9)升高，与中间驱动齿(8)脱离啮合，且在与右侧驱动齿(4)的啮合