本實(shí)用新型涉及壓電精密作動(dòng)器應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于疊層壓電陶瓷的雙驅(qū)動(dòng)桿放大式直線作動(dòng)器。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有壓電直線作動(dòng)器中，因壓電陶瓷的輸出位移只有微米級(jí)，不能滿足特定情形下的需求，所以需要放大機(jī)構(gòu)對(duì)壓電陶瓷的輸出位移進(jìn)行放大輸出。在現(xiàn)有放大技術(shù)原理中，主要包括三角放大、杠桿放大、鉸鏈放大等。由于杠桿在微米輸入情形下線性輸出，在滿足放大位移的條件下且能夠使得位移輸出方向保持一致，所以在微位移放大領(lǐng)域受到廣泛應(yīng)用，但由于特定情況下，在有限空間要滿足一定的放大倍數(shù)，因單獨(dú)的杠桿要想滿足其放大倍數(shù)條件，往往空間條件不能滿足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于疊層壓電陶瓷的雙驅(qū)動(dòng)桿放大式直線作動(dòng)器，壓電陶瓷作為主要驅(qū)動(dòng)元件，產(chǎn)生微位移；二級(jí)杠桿作為主要放大元件，對(duì)壓電陶瓷產(chǎn)生的微位移進(jìn)行放大，且具有在微位移輸入下具有線性輸出特性。它解決了現(xiàn)有杠桿放大式結(jié)構(gòu)技術(shù)中輸入輸出位移比較小，不滿足大行程要求等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供以下的技術(shù)方案：一種基于疊層壓電陶瓷的雙驅(qū)動(dòng)桿放大式直線作動(dòng)器，包括底板、定子和動(dòng)子，定子固定在底板的一側(cè)，動(dòng)子設(shè)置在底板的另一側(cè)，動(dòng)子相對(duì)于底板滑動(dòng)，動(dòng)子內(nèi)設(shè)有雙驅(qū)動(dòng)桿、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和疊層壓電陶瓷組，動(dòng)子內(nèi)設(shè)有空槽和驅(qū)動(dòng)槽，雙驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)設(shè)置在空槽的中間位置，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括聯(lián)動(dòng)桿，聯(lián)動(dòng)桿對(duì)稱設(shè)置在雙驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)的兩側(cè)，驅(qū)動(dòng)槽相對(duì)于聯(lián)動(dòng)桿和雙驅(qū)動(dòng)連桿設(shè)置在空槽的邊部，疊層壓電陶瓷組設(shè)置在驅(qū)動(dòng)槽內(nèi)，聯(lián)動(dòng)桿相對(duì)于空槽頂部、疊層壓電陶瓷組和雙驅(qū)動(dòng)連桿柔性鉸接，雙驅(qū)動(dòng)連桿相對(duì)于空槽底部、疊層壓電陶瓷組和聯(lián)動(dòng)桿柔性鉸接，雙驅(qū)動(dòng)連桿相對(duì)于定子的端部設(shè)有陶瓷球驅(qū)動(dòng)足。

優(yōu)選的，所述底板上表面對(duì)稱設(shè)有V型槽，動(dòng)子的下表面對(duì)應(yīng)V型槽設(shè)有V型導(dǎo)軌。

優(yōu)選的，所述底板在兩個(gè)V型槽之間設(shè)有預(yù)壓塊，預(yù)壓塊和動(dòng)子之間設(shè)有彈性結(jié)構(gòu)，預(yù)壓塊和雙驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)相接觸。

優(yōu)選的，所述彈性結(jié)構(gòu)包括預(yù)緊螺栓和預(yù)緊彈簧，動(dòng)子在對(duì)應(yīng)位置設(shè)有定位孔，預(yù)緊彈簧設(shè)置在定位孔內(nèi)，預(yù)緊彈簧與預(yù)壓塊相接觸，預(yù)緊螺栓穿過預(yù)緊彈簧與預(yù)壓塊螺紋連接。

優(yōu)選的，所述動(dòng)子對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)槽設(shè)有測(cè)微頭，測(cè)微頭相對(duì)于動(dòng)子螺紋連接，測(cè)微頭通過預(yù)緊球和壓電陶瓷墊片與疊層壓電陶瓷組相接觸。

優(yōu)選的，所述定子對(duì)應(yīng)雙驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)的位置設(shè)有耐磨陶瓷條。

采用以上技術(shù)方案的有益效果是：本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的基于疊層壓電陶瓷的雙驅(qū)動(dòng)桿放大式直線作動(dòng)器，雙驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)采用對(duì)稱式分布結(jié)構(gòu)，有利于雙向穩(wěn)定輸出疊層壓電陶瓷的輸出位移；驅(qū)動(dòng)元采用的是疊層壓電陶瓷，輸出位移和輸出力都較大，因其位移一般為微米級(jí)，故定位精度高；采用的V型槽-V型導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；采用的測(cè)微頭，有利于定量地給疊層壓電陶瓷施加預(yù)壓力，保證疊層壓電陶瓷的輸出性能。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的動(dòng)子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型動(dòng)子和底板內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型在一個(gè)周期內(nèi)工作原理示意圖。

其中，1--底板、2--定子、3--V型槽、4--V型導(dǎo)軌、5--雙驅(qū)動(dòng)連桿、6--預(yù)壓塊、7--預(yù)緊螺釘、8--預(yù)緊彈簧、9--疊層壓電陶瓷組、10--測(cè)微頭、11--壓電陶瓷墊片、12--預(yù)緊球、13--耐磨陶瓷條、14--動(dòng)子、15--聯(lián)動(dòng)桿、16--陶瓷球驅(qū)動(dòng)足。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式。

從圖4中，可看出定子有四處位置需放置疊層壓電陶瓷組，因定子放置結(jié)構(gòu)和對(duì)稱性結(jié)構(gòu)及疊層壓電陶瓷組放置方法一致，故只在圖1、圖2和圖3中顯出定子結(jié)構(gòu)一半的放置疊層壓電陶瓷組特征，且只對(duì)其中一處進(jìn)行說明，其他三個(gè)位置放置方法同理。

圖1、圖2和圖3出示本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式：一種基于疊層壓電陶瓷的雙驅(qū)動(dòng)桿放大式直線作動(dòng)器，包括底板1、定子2和動(dòng)子14，定子2固定在底板1的一側(cè)，動(dòng)子14設(shè)置在底板1的另一側(cè)，動(dòng)子14相對(duì)于底板1滑動(dòng)，動(dòng)子14內(nèi)設(shè)有雙驅(qū)動(dòng)桿、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和疊層壓電陶瓷組9，動(dòng)子14內(nèi)設(shè)有空槽和驅(qū)動(dòng)槽，雙驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)設(shè)置在空槽的中間位置，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括聯(lián)動(dòng)桿15，聯(lián)動(dòng)桿15對(duì)稱設(shè)置在雙驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)的兩側(cè)，驅(qū)動(dòng)槽相對(duì)于聯(lián)動(dòng)桿15和雙驅(qū)動(dòng)連桿5設(shè)置在空槽的邊部，疊層壓電陶瓷組9設(shè)置在驅(qū)動(dòng)槽內(nèi)，聯(lián)動(dòng)桿15相對(duì)于空槽頂部、疊層壓電陶瓷組9和雙驅(qū)動(dòng)連桿5柔性鉸接，雙驅(qū)動(dòng)連桿5相對(duì)于空槽底部、疊層壓電陶瓷組9和聯(lián)動(dòng)桿15柔性鉸接，雙驅(qū)動(dòng)連桿5相對(duì)于定子2的端部設(shè)有陶瓷球驅(qū)動(dòng)足16。

底板1上表面對(duì)稱設(shè)有V型槽3，動(dòng)子14的下表面對(duì)應(yīng)V型槽3設(shè)有V型導(dǎo)軌4，底板1在兩個(gè)V型槽3之間設(shè)有預(yù)壓塊6，預(yù)壓塊6和動(dòng)子14之間設(shè)有彈性結(jié)構(gòu)，預(yù)壓塊6和雙驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)相接觸。

彈性結(jié)構(gòu)包括預(yù)緊螺栓7和預(yù)緊彈簧8，動(dòng)子14在對(duì)應(yīng)位置設(shè)有定位孔，預(yù)緊彈簧8設(shè)置在定位孔內(nèi)，預(yù)緊彈簧8與預(yù)壓塊6相接觸，預(yù)緊螺栓7穿過預(yù)緊彈簧8與預(yù)壓塊6螺紋連接。

動(dòng)子14對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)槽設(shè)有測(cè)微頭10，測(cè)微頭10相對(duì)于動(dòng)子14螺紋連接，測(cè)微頭10通過預(yù)緊球12和壓電陶瓷墊片11與疊層壓電陶瓷組9相接觸，定子2對(duì)應(yīng)雙驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)的位置設(shè)有耐磨陶瓷條13。

本實(shí)用新型所述的基于二級(jí)杠桿放大的雙足壓電直線作動(dòng)器，作為驅(qū)動(dòng)元件的四個(gè)疊層壓電陶瓷安裝在定子各個(gè)位置，通過測(cè)微頭施加一定的預(yù)緊力；定子整體固定在V型導(dǎo)軌上，V型導(dǎo)軌能在V型槽上運(yùn)動(dòng)，通過對(duì)預(yù)壓螺釘施加一定的扭矩，使得定子上的二級(jí)杠桿前端與動(dòng)子上的耐磨陶瓷條接觸；完成對(duì)疊層壓電陶瓷施加預(yù)緊力和對(duì)定子施加預(yù)壓力后，可分別按照附圖4的工作原理對(duì)疊層壓電陶瓷施加激勵(lì)電壓即可完成作動(dòng)器周期動(dòng)作，下面對(duì)工作原理進(jìn)行描述：

工作原理如圖4所示，圖中a,b,c,d分別對(duì)應(yīng)不同的工作狀態(tài)，a、b分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)陶瓷球驅(qū)動(dòng)足，整個(gè)壓電作動(dòng)器共有四塊疊層壓電陶瓷組，編號(hào)依次為1、2、3和4。壓電作動(dòng)器在一個(gè)周期內(nèi)工作過程描述如下：

在a狀態(tài)下，陶瓷組2被施加激勵(lì)電壓，產(chǎn)生位移，由柔性鉸鏈和杠桿傳遞位移，使得驅(qū)動(dòng)足I與導(dǎo)軌接觸并壓緊。

從a狀態(tài)變化至b狀態(tài)的過程中，在陶瓷組2受激勵(lì)電壓不變的情況下，陶瓷組1和3同時(shí)被施加激勵(lì)電壓，分別產(chǎn)生位移，由柔性鉸鏈和杠桿傳遞位移。陶瓷組1產(chǎn)生的位移使得驅(qū)動(dòng)足帶動(dòng)導(dǎo)軌沿X軸向右運(yùn)動(dòng)α位移；陶瓷組3產(chǎn)生的位移使得驅(qū)動(dòng)足沿X軸向左運(yùn)動(dòng)α位移。

從b狀態(tài)變化至c狀態(tài)的過程中，在陶瓷組1和3受激勵(lì)電壓不變的情況下，移除陶瓷組2上的激勵(lì)電壓，給陶瓷組4施加激勵(lì)電壓。陶瓷組2恢復(fù)原本狀態(tài)，產(chǎn)生回縮使得驅(qū)動(dòng)足I與導(dǎo)軌脫離接觸；陶瓷組4產(chǎn)生位移，使驅(qū)動(dòng)足II與導(dǎo)軌接觸并壓緊。

從c狀態(tài)變化至d狀態(tài)的過程中，在陶瓷組4受激勵(lì)電壓不變的情況下，分別移除陶瓷組1和3上的激勵(lì)電壓。陶瓷組1恢復(fù)原本狀態(tài)；因驅(qū)動(dòng)足II與導(dǎo)軌接觸，陶瓷組3產(chǎn)生的回縮將帶動(dòng)導(dǎo)軌沿X軸向右移動(dòng)α位移。

因此，在一個(gè)周期內(nèi)，導(dǎo)軌將沿著X軸向右移動(dòng)2α位移，即壓電作動(dòng)器的一個(gè)周期內(nèi)的行程。其中，因疊層壓電陶瓷可以在直流電壓(大于零)下正常工作，故只需按照上述周期內(nèi)給四組壓電陶瓷施加電壓值為A的激勵(lì)電壓即可，這里只對(duì)作動(dòng)器的工作原理進(jìn)行描述，對(duì)其激勵(lì)電壓不作詳細(xì)描述。

本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的基于疊層壓電陶瓷的雙驅(qū)動(dòng)桿放大式直線作動(dòng)器，雙驅(qū)動(dòng)桿機(jī)構(gòu)采用對(duì)稱式分布結(jié)構(gòu)，有利于雙向穩(wěn)定輸出疊層壓電陶瓷的輸出位移；驅(qū)動(dòng)源采用的是疊層壓電陶瓷，輸出位移和輸出力都較大，因其位移一般為微米級(jí)，故定位精度高；采用的V型槽-V型導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；采用的測(cè)微頭，有利于定量地給疊層壓電陶瓷施加預(yù)壓力，保證疊層壓電陶瓷的輸出性能。

以上所述的僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。