斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)及其驅(qū)動方法
【專利摘要】一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)及其驅(qū)動方法，以解決當(dāng)前壓電粘滑直線馬達(dá)由于摩擦力綜合調(diào)控困難所導(dǎo)致的輸出機(jī)械性能受限等問題。本發(fā)明由基座、預(yù)壓力調(diào)整裝置、斜梯形定子和動子四部分組成，所述定子利用對稱的柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生位移放大，利用斜梯形驅(qū)動足軸向剛度分布不均來產(chǎn)生側(cè)向位移，增大摩擦驅(qū)動力，減小摩擦阻力；同時將摩擦調(diào)控波復(fù)合疊加于定子快速變形階段的鋸齒驅(qū)動波中，從而降低快速變形階段定、動子間摩擦阻力，實(shí)現(xiàn)對摩擦力的綜合調(diào)控，顯著提升直線壓電馬達(dá)機(jī)械輸出特性。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、行程大等特點(diǎn)，在航空航天、光學(xué)精密儀器和半導(dǎo)體加工等微納精密驅(qū)動與定位領(lǐng)域中具有很好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)及其驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)及其驅(qū)動方法，屬于微納精密驅(qū)動與定位技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電粘滑直線馬達(dá)是一種利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，在非對稱電信號激勵下激發(fā)振子(或稱定子)產(chǎn)生微幅振動，通過振子與動子間的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)機(jī)械能輸出的精密微納驅(qū)動器。按照驅(qū)動工作原理的不同，壓電粘滑直線馬達(dá)主要分為共振型壓電馬達(dá)(也稱超聲波電機(jī))與非共振型壓電馬達(dá)(也稱壓電粘滑馬達(dá))兩大類。與共振型壓電馬達(dá)相比，壓電粘滑直線馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、定位精度高、和控制方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于精密驅(qū)動與定位的技術(shù)領(lǐng)域。
[0003]壓電粘滑驅(qū)動主要是將鋸齒激勵電信號施加于壓電元件，激發(fā)定子產(chǎn)生快慢交替的運(yùn)動變形，控制定子與動子在“粘”和“滑”兩種運(yùn)動狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換，利用摩擦力驅(qū)動動子實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動輸出。然而，由于壓電粘滑驅(qū)動緩慢與快速變形階段，定子與動子間摩擦力起到不同作用，具體為緩慢變形驅(qū)動階段時表現(xiàn)為摩擦驅(qū)動力，而快速變形驅(qū)動階段時表現(xiàn)為摩擦阻力。已有公開技術(shù)表明當(dāng)前壓電粘滑直線馬達(dá)無法實(shí)現(xiàn)對整個驅(qū)動過程的摩擦力進(jìn)行綜合調(diào)控，導(dǎo)致其輸出機(jī)械性能受限。特別在定子的快速變形驅(qū)動階段，由于動子所受摩擦力與其運(yùn)動方向相反，當(dāng)動子慣性力不足以克服該摩擦阻力時，將會導(dǎo)致動子產(chǎn)生回退運(yùn)動，表現(xiàn)為類鋸齒狀的不平穩(wěn)運(yùn)動輸出，劣化輸出性能，已有鋸齒激勵電信號無法實(shí)現(xiàn)對壓電粘滑直線馬達(dá)快速變形驅(qū)動階段摩擦力的調(diào)控，進(jìn)一步限制了壓電粘滑直線馬達(dá)的應(yīng)用與發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決已有壓電粘滑直線馬達(dá)由于定子與動子間摩擦力綜合調(diào)控困難，所導(dǎo)致的輸出機(jī)械性能受限，產(chǎn)生類鋸齒狀不平穩(wěn)運(yùn)動輸出，劣化輸出性能等技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)及其驅(qū)動方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
所述一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)由基座、預(yù)壓力調(diào)整裝置、斜梯形定子和動子組成。
[0006]所述基座包括基座安裝孔、預(yù)壓力裝置安裝孔、導(dǎo)軌固定安裝接觸面和導(dǎo)軌螺紋安裝孔。所述基座安裝孔可將基座與其它外圍裝置進(jìn)行固定，預(yù)壓力調(diào)整裝置安裝孔用于預(yù)壓力調(diào)整裝置的固定，所述導(dǎo)軌固定安裝接觸面和導(dǎo)軌螺紋安裝孔用于安裝動子。
[0007]所述預(yù)壓力調(diào)整裝置包括下固定滑臺、上活動滑臺、預(yù)緊力手動調(diào)節(jié)螺桿和平臺鎖緊螺釘。所述下固定滑臺設(shè)置有螺紋孔用于與預(yù)緊力手動調(diào)節(jié)螺桿進(jìn)行螺紋連接，所述下固定滑臺設(shè)置有彈簧固定圓柱用于安裝預(yù)壓彈簧，所述下固定滑臺設(shè)置有導(dǎo)軌用于上活動滑臺的移動，所述導(dǎo)軌設(shè)置有導(dǎo)軌限位螺釘可避免上活動滑臺超出導(dǎo)軌的行程，所述下固定滑臺底部設(shè)置有沉頭孔通過螺釘可實(shí)現(xiàn)與基座之間的固定安裝，所述下固定滑臺設(shè)置有鎖緊支撐架和鎖緊支撐架固定螺釘，通過調(diào)節(jié)平臺鎖緊螺釘可以實(shí)現(xiàn)對上活動滑臺的鎖緊。所述上活動滑臺上端面設(shè)置有螺紋孔用于安裝斜梯形定子，所述上活動滑臺設(shè)置有平臺鎖緊螺釘安裝孔與平臺鎖緊螺釘進(jìn)行螺紋連接。
[0008]所述斜梯形定子包括框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈、壓電疊堆、預(yù)緊螺栓和調(diào)整墊片。所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈采用對稱矩形結(jié)構(gòu)的柔性鉸鏈，所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈設(shè)置有固緊螺栓安裝孔，通過螺栓將框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈與上活動滑臺上的螺紋孔進(jìn)行螺紋緊固連接。所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈設(shè)置有直圓型柔性鉸鏈，所述的直圓型柔性鉸鏈之間通過剛性梁進(jìn)行連接，所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈設(shè)置有斜梯形定子驅(qū)動足，所述壓電疊堆通過預(yù)緊螺栓固定安裝在框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈上，鋸齒波電信號激勵壓電疊堆產(chǎn)生輸出力，通過調(diào)整墊片傳遞到橫梁上，所述橫梁與斜平面之間因軸向剛度分布不均而產(chǎn)生側(cè)向位移。增大緩慢變形驅(qū)動階段時摩擦驅(qū)動力，減小快速變形驅(qū)動階段時摩擦阻力，可實(shí)現(xiàn)對摩擦力的綜合調(diào)控。所述斜梯形定子驅(qū)動足端面相應(yīng)涂有摩擦材料，所述定子驅(qū)動足驅(qū)動動子運(yùn)動，所述預(yù)緊螺釘安裝孔與預(yù)緊螺釘進(jìn)行螺紋連接，所述壓電疊堆與預(yù)緊螺釘之間設(shè)置有調(diào)整墊片。
[0009]所述動子為雙列交叉滾柱導(dǎo)軌，包括活動導(dǎo)軌、導(dǎo)軌限位螺栓、固定導(dǎo)軌、雙列交叉滾柱導(dǎo)軌安裝螺栓和雙列交叉滾柱導(dǎo)軌保持架。所述固定導(dǎo)軌通過雙列交叉滾柱導(dǎo)軌安裝螺栓與導(dǎo)軌螺紋安裝孔進(jìn)行螺紋連接固定到導(dǎo)軌固定安裝接觸面上，所述固定導(dǎo)軌設(shè)置有雙列交叉滾柱導(dǎo)軌保持架和滾柱為動子的滑動提供支撐，所述動子的活動導(dǎo)軌和固定導(dǎo)軌的兩端設(shè)置導(dǎo)軌限位螺栓進(jìn)行限位。
[0010]所述驅(qū)動方法中所采用的復(fù)合激勵電信號由摩擦調(diào)控波復(fù)合疊加于定子快速變形階段的鋸齒驅(qū)動波中，所述驅(qū)動波為鋸齒波，所述摩擦調(diào)控波為正弦波。所述驅(qū)動方法可減小快速變形階段定子與動子之間的摩擦阻力，抑制回退運(yùn)動產(chǎn)生，其中鋸齒驅(qū)動波周期St1，激勵電壓幅值為V1，對稱性為D，微幅摩擦正弦調(diào)控波周期為τ2，激勵電壓幅值為％，鋸齒驅(qū)動波與微幅摩擦正弦調(diào)控波的周期比St1A2=1?100000，激勵電壓幅值比為^…大于2。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明由于采用具有摩擦力綜合調(diào)控功能的斜梯形定子結(jié)構(gòu)，同時通過復(fù)合激勵電信號進(jìn)行激勵，增大了定子緩慢變形驅(qū)動階段定子與動子間摩擦驅(qū)動力，降低了定子快速變形驅(qū)動階段定子與動子間摩擦阻力，實(shí)現(xiàn)了對壓電粘滑直線馬達(dá)整個驅(qū)動過程的摩擦力進(jìn)行綜合調(diào)控，可顯著提升壓電粘滑直線馬達(dá)機(jī)械輸出特性，抑制位移回退運(yùn)動的產(chǎn)生。與當(dāng)前已有技術(shù)相比，輸出力提升10%以上，輸出速度提升25%以上，輸出效率提升35%以上，位移回退率降低50%以上，開環(huán)條件下定位精度可達(dá)納米級。
【附圖說明】
[0012]圖1所示為本發(fā)明提出的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2所示為本發(fā)明提出的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)基座的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3所示為本發(fā)明提出的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)預(yù)壓力調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4所示為本發(fā)明提出的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)預(yù)壓力調(diào)整裝置的下固定滑臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5所示為本發(fā)明提出的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)預(yù)壓力調(diào)整裝置的上活動滑臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6所示為本發(fā)明提出的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)斜梯形定子的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7所示為本發(fā)明提出的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)斜梯形定子的框形結(jié)構(gòu)柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8所示為本發(fā)明提出的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)斜梯形定子的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9所示為本發(fā)明提出的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)動子的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10所示為本發(fā)明提出的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)驅(qū)動方法的電信號波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1?圖9說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式提供了一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)的具體實(shí)施方案。所述一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)由基座1、預(yù)壓力調(diào)整裝置2、斜梯形定子3和動子4組成。
[0014]所述基座I包括基座安裝孔1-1、預(yù)壓力裝置安裝孔1-2、導(dǎo)軌固定安裝接觸面1-3和導(dǎo)軌螺紋安裝孔1-4。所述基座I可采用高導(dǎo)磁不銹鋼材料。所述基座安裝孔1-1為沉頭孔，可將基座I與其它外圍裝置進(jìn)行固定，所述預(yù)壓力調(diào)整裝置安裝孔1-2，用于預(yù)壓力調(diào)整裝置2的固定，所述導(dǎo)軌固定安裝接觸面1-3和導(dǎo)軌螺紋安裝孔1-4用于固定安裝動子4。
[0015]所述預(yù)壓力調(diào)整裝置2為斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)的預(yù)壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)，所述預(yù)壓力調(diào)整裝置2包括下固定滑臺2-1、上活動滑臺2-2、預(yù)緊力手動調(diào)節(jié)螺桿2-3和平臺鎖緊螺釘2-4。所述下固定滑臺2-1設(shè)置有螺紋孔2-1-1，其用于與預(yù)緊力手動調(diào)節(jié)螺桿2-3進(jìn)行螺紋連接，所述下固定滑臺2-1設(shè)置有彈簧固定圓柱2-1-2，用于安裝預(yù)壓彈簧2-
1-4，所述下固定滑臺2-1設(shè)置有導(dǎo)軌2-1-3，用于上活動滑臺2-2的移動。所述導(dǎo)軌2-1-3設(shè)置有Sn個導(dǎo)軌限位螺釘2-1-5可避免上活動滑臺2-2超出導(dǎo)軌2-1-3的行程，其中η為大于等于I的整數(shù)。所述下固定滑臺2-1底部設(shè)置有沉頭孔2-1-6，通過螺釘可實(shí)現(xiàn)與基座I之間的固定安裝，所述下固定滑臺2-1設(shè)置有鎖緊支撐架2-1-7和鎖緊支撐架固定螺釘2-1-8，通過調(diào)節(jié)平臺鎖緊螺釘2-4，可以實(shí)現(xiàn)對上活動滑臺2-2的鎖緊，防止加載完成后上活動滑臺2-2的移動。所述上活動滑臺2-2上端面設(shè)置有螺紋孔2-2-1，用于固定安裝斜梯形定子3，所述上活動滑臺2-2的側(cè)面設(shè)置有平臺鎖緊螺釘安裝孔2-2-2，所述螺紋安裝孔2-2-2與平臺鎖緊螺釘2-4進(jìn)行螺紋連接。
[0016]所述斜梯形定子3包括框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈3-1、壓電疊堆3-2、預(yù)緊螺栓3-3和調(diào)整墊片3-4。所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈3-1采用對稱矩形結(jié)構(gòu)的柔性鉸鏈，所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈3-1可采用5052鋁合金、6061鋁合金、7075鋁合金、T1-35A鈦合金或T1-13鈦合金材料。所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈3-1設(shè)置有固緊螺栓安裝孔3-1-1，通過螺栓將框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈3-1與上活動滑臺
2-2上的螺紋孔2-2-1進(jìn)行螺紋緊固連接，所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈3-1—側(cè)設(shè)置有4個直圓型柔性鉸鏈3-1-2，另一側(cè)設(shè)置有4個直圓型柔性鉸鏈3-1-7。所述的直圓型柔性鉸鏈3-1-2和直圓型柔性鉸鏈3-1-7通過剛性梁3-1-3進(jìn)行連接，所述2個剛性梁3-1-3之間的距離為L，所述直圓型柔性鉸鏈3-1-2和直圓型柔性鉸鏈3-1-7具有相同的圓角半徑值仏，其中R1/!的取值范圍0.017?0.09，可以保證直圓型柔性鉸鏈3-1-2和直圓型柔性鉸鏈3-1-7具有位移放大能力以及壓電疊堆3-2具有一定的安裝空間，本實(shí)施方式中Ri=lmm，L=12mm。所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈3-1設(shè)置有剛度分布不均的斜平面3-1-4，所述斜平面3-1-4的長度SL2，其中L2/L取值范圍為I?4。所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈3-1設(shè)置有斜梯形定子驅(qū)動足3-1-5，所述壓電疊堆3-2—端通過預(yù)緊螺栓3-3固定安裝在框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈3-1上，另一端與橫梁3-1-6接觸，所述橫梁
3-1-6長度為U，其中U/L取值范圍為1/6?5/6，所述橫梁3-1-6與斜平面3-1-4之間夾角為α，其中α取值范圍為10°~80°，本實(shí)施方式中的夾角α為30°。所述斜梯形定子3采用對稱矩形結(jié)構(gòu)的柔性鉸鏈進(jìn)行位移放大，鋸齒波電信號激勵壓電疊堆3-2產(chǎn)生輸出力，通過調(diào)整墊片3-4傳遞到橫梁3-1-6上，所述橫梁3-1-6與斜平面3-1-4之間沿軸向剛度分布不均而產(chǎn)生側(cè)向位移。增大緩慢變形驅(qū)動階段時摩擦驅(qū)動力，減小快速變形驅(qū)動階段時摩擦阻力，可實(shí)現(xiàn)對摩擦力的綜合調(diào)控。所述斜梯形定子驅(qū)動足3-1-5的厚度為N，活動導(dǎo)軌4-1的厚度為Μ，其中N < M可以保證有效接觸面積，提高傳動效率，其中M=(N+l)mm，本實(shí)施方式中M=8mm，N=7mm。所述斜梯形定子驅(qū)動足3-1-5端面相應(yīng)涂有陶瓷類或玻璃纖維類摩擦材料，所述斜梯形述定子驅(qū)動足3-1-5驅(qū)動動子4運(yùn)動，所述預(yù)緊螺釘安裝孔3-1-8與預(yù)緊螺釘3-3進(jìn)行螺紋連接，所述壓電疊堆3-2可以是PI或NEC等公司的壓電疊堆產(chǎn)品。所述壓電疊堆3-2的后端面與預(yù)緊螺釘3-3之間設(shè)置有調(diào)整墊片3-4，所述壓電疊堆3-2的前端面與框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈3-1之間設(shè)置有調(diào)整墊片3-4，所述壓電疊堆3-2前后端面設(shè)置墊片3-4的目的是為了保護(hù)壓電疊堆3-2，防止其產(chǎn)生切應(yīng)變或局部受力不均。通過調(diào)整預(yù)緊螺釘3-3的旋合長度，可實(shí)現(xiàn)對壓電疊堆3-2的軸向預(yù)緊調(diào)節(jié)。
[0017]所述動子4為雙列交叉滾柱導(dǎo)軌，包括活動導(dǎo)軌4-1、導(dǎo)軌限位螺栓4-2、固定導(dǎo)軌
4-3、雙列交叉滾柱導(dǎo)軌安裝螺栓4-4和雙列交叉滾柱導(dǎo)軌保持架4-5。所述活動導(dǎo)軌4-1端面相應(yīng)涂有陶瓷類或玻璃纖維類摩擦材料，所述固定導(dǎo)軌4-3，通過雙列交叉滾柱導(dǎo)軌安裝螺栓4-4與導(dǎo)軌螺紋安裝孔1-4進(jìn)行螺紋連接固定到導(dǎo)軌固定安裝接觸面1-3上，所述固定導(dǎo)軌4-3設(shè)置有雙列交叉滾柱導(dǎo)軌保持架4-5和滾柱，所述雙列交叉滾柱導(dǎo)軌保持架4-5和滾柱為動子4的滑動提供支撐。為了避免雙列交叉滾柱導(dǎo)軌保持架4-5和滾柱滑出導(dǎo)軌，分別在動子4的活動導(dǎo)軌4-1和固定導(dǎo)軌4-3的兩端設(shè)置導(dǎo)軌限位螺栓4-2進(jìn)行限位。
[0018]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖10圖說明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式提供了一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)驅(qū)動方法的具體實(shí)施方案。所述一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)驅(qū)動方法如下所示。
[0019]所述驅(qū)動方法中所采用的復(fù)合激勵電信號由摩擦調(diào)控波復(fù)合疊加于定子快速變形階段的鋸齒驅(qū)動波中，所述驅(qū)動波為鋸齒波，所述摩擦調(diào)控波為正弦波。具體地，所述驅(qū)動方法可減小快速變形階段定子與動子之間的摩擦阻力，抑制回退運(yùn)動產(chǎn)生，提升機(jī)械輸出性能。其中鋸齒驅(qū)動波周期為T1，激勵電壓幅值為V1，對稱性為D，微幅摩擦正弦調(diào)控波周期為T2，激勵電壓幅值SV2，鋸齒驅(qū)動波與微幅摩擦正弦調(diào)控波的周期比為T1ZiT2 = 1?100000，激勵電壓幅值比為Wv2大于2。
[0020]工作原理:斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)及其驅(qū)動方法主要是在復(fù)合電信號激勵下，利用斜梯形驅(qū)動足沿軸向剛度分布不均而產(chǎn)生側(cè)向位移，綜合調(diào)控定子與動子間的摩擦力，進(jìn)而提升直線壓電馬達(dá)機(jī)械輸出特性。本發(fā)明的定子由于采用對稱柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，利用斜梯形驅(qū)動足沿軸向剛度分布不均勻，激發(fā)定子驅(qū)動端產(chǎn)生側(cè)向位移，調(diào)整定子與動子間接觸的正壓力，即在定子緩慢變形驅(qū)動階段，增大定子與動子間接觸的正壓力，進(jìn)而增加定子與動子間的摩擦驅(qū)動力，在定子快速變形驅(qū)動階段，減小定子與動子間接觸的正壓力，進(jìn)而減小定子與動子間的摩擦阻力，實(shí)現(xiàn)對緩慢變形驅(qū)動階段摩擦驅(qū)動力與快速變形驅(qū)動階段摩擦阻力的綜合調(diào)控，提升整機(jī)輸出性能。同時，本發(fā)明通過將摩擦調(diào)控波復(fù)合疊加于定子快速變形階段的鋸齒驅(qū)動波中，激發(fā)定子處于微幅高頻振動狀態(tài)，改善定子與動子間傳動接觸狀態(tài)，減小定子與動子間的真實(shí)接觸面積和實(shí)際接觸時間，從而降低了快速變形驅(qū)動階段定、動子間摩擦阻力，抑制回退運(yùn)動產(chǎn)生，可顯著提升壓電粘滑直線馬達(dá)機(jī)械輸出特性。
[0021]綜合以上所述內(nèi)容，本發(fā)明提供一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)，利用斜梯形驅(qū)動足沿軸向剛度分布不均而產(chǎn)生側(cè)向位移，綜合調(diào)控定子與動子間的摩擦力；本發(fā)明提供的驅(qū)動方法能夠抑制位移回退運(yùn)動的產(chǎn)生，顯著提升壓電粘滑直線馬達(dá)機(jī)械輸出特性?？蛐谓Y(jié)構(gòu)的鉸鏈與壓電疊堆裝配成一個定子，裝配簡單，易于調(diào)節(jié);所設(shè)計(jì)的預(yù)壓力調(diào)整裝置可方便的調(diào)節(jié)定子與動子之間接觸的預(yù)緊力。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高和行程大等特點(diǎn)，在航空航天、光學(xué)精密儀器和半導(dǎo)體加工等微納精密驅(qū)動與定位領(lǐng)域中具有很好的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于該斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)由基座(I)、預(yù)壓力調(diào)整裝置(2)、斜梯形定子(3)和動子(4)組成，其中預(yù)壓力調(diào)整裝置(2)固定在基座(I)上，斜梯形定子(3)安裝在預(yù)壓力調(diào)整裝置(2)上，動子(4)安裝在基座(I)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于所述基座(I)包括基座安裝孔(1-1)、預(yù)壓力裝置安裝孔(1-2)、導(dǎo)軌固定安裝接觸面(1-3)和導(dǎo)軌螺紋安裝孔(1-4);所述基座安裝孔(1-1)為沉頭孔，可將基座(I)與其它外圍裝置進(jìn)行固定，預(yù)壓力調(diào)整裝置安裝孔(1-2)，用于預(yù)壓力調(diào)整裝置(2)的固定，所述導(dǎo)軌固定安裝接觸面(1-3)和導(dǎo)軌螺紋安裝孔(1-4)用于固定安裝動子(4)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于所述預(yù)壓力調(diào)整裝置(2)包括下固定滑臺(2-1)、上活動滑臺(2-2)、預(yù)緊力手動調(diào)節(jié)螺桿2-3和平臺鎖緊螺釘(2-4);所述下固定滑臺(2-1)設(shè)置有螺紋孔(2-1-1)，其用于與預(yù)緊力手動調(diào)節(jié)螺桿(2-3)進(jìn)行螺紋連接，所述下固定滑臺(2-1)設(shè)置有彈簧固定圓柱(2-1-2)，用于安裝預(yù)壓彈簧(2-1-4)，所述下固定滑臺(2-1)設(shè)置有導(dǎo)軌(2-1-3)，用于上活動滑臺(2-2)的移動，所述導(dǎo)軌(2-1-3)設(shè)置有導(dǎo)軌限位螺釘(2-1-5)，沉頭孔(2-1-6)通過螺釘實(shí)現(xiàn)下固定滑臺(2-1)與基座(I)之間的連接，所述下固定滑臺(2-1)設(shè)置有鎖緊支撐架(2-1-7)和鎖緊支撐架固定螺釘(2-1-8)，通過調(diào)節(jié)平臺鎖緊螺釘(2-4)可以鎖緊上活動滑臺(2-2)，所述上活動滑臺(2-2)上端面設(shè)置有螺紋孔(2-2-1)，用于固定安裝斜梯形定子(3)，所述上活動滑臺(2-2)的側(cè)面設(shè)置有平臺鎖緊螺釘安裝孔(2-2-2)，所述螺紋安裝孔(2-2-2)與平臺鎖緊螺釘(2-4)進(jìn)行螺紋連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于所述的斜梯形定子(3)包括框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈(3-1)、壓電疊堆(3-2)、預(yù)緊螺栓(3-3)和調(diào)整墊片(3-4)，所述壓電疊堆(3-2)通過預(yù)緊螺釘(3-3)和調(diào)整墊片(3-4)固定在框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈(3-1)內(nèi)；所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈(3-1)設(shè)置有固緊螺栓安裝孔(3-1-1)，通過螺栓將框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈(3-1)與上活動滑臺(2-2)上的螺紋孔(2-2-1)進(jìn)行螺紋緊固連接，所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈(3-1)—側(cè)設(shè)置直圓型柔性鉸鏈(3-1-2)，另一側(cè)設(shè)置直圓型柔性鉸鏈(3-1-7)，所述的直圓型柔性鉸鏈(3-1-2)和直圓型柔性鉸鏈(3-1-7)通過剛性梁(3-1-3)進(jìn)行連接，所述壓電疊堆(3-2)通過調(diào)整墊片(3-4)將輸出力傳遞到橫梁(3-1-6)上，所述橫梁(3-1-6)與斜平面(3-1-4)為一體式結(jié)構(gòu)，所述斜梯形定子驅(qū)動足(3-1-5)端面相應(yīng)涂有摩擦材料，所述梯形定子驅(qū)動足(3-1-5)驅(qū)動動子(4)運(yùn)動，所述預(yù)緊螺釘安裝孔(3-1-8)與預(yù)緊螺釘(3-3)進(jìn)行螺紋連接，所述壓電疊堆(3-2)的后端面與預(yù)緊螺釘(3-3)之間設(shè)置有調(diào)整墊片(3-4)，所述壓電疊堆(3-2)的前端面與框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈(3-1)之間設(shè)置有調(diào)整墊片(3-4)，通過調(diào)整預(yù)緊螺釘(3-3)的旋合長度，可實(shí)現(xiàn)對壓電疊堆(3-2)的軸向預(yù)緊調(diào)節(jié)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于所述直圓型柔性鉸鏈(3-1-2)和直圓型柔性鉸鏈(3-1-7)具有相同的圓角半徑值仏，所述2個剛性梁(3-1-3)之間的距離為L，所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈(3-1)設(shè)置有斜平面(3-1-4)，所述斜平面(3-1-4)的長度SL2，其中L2/L取值范圍為I?4，所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈(3-1)設(shè)置有斜梯形定子驅(qū)動足(3-1-5)，所述橫梁(3-1-6)長度為U，其中U/L取值范圍為1/6?5/6，所述橫梁(3-1-6)與斜平面(3-1-4)之間夾角為α，其中α取值范圍為10°?80°。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于所述框形結(jié)構(gòu)的鉸鏈(3-1)可采用5052鋁合金、6061鋁合金、7075鋁合金、T1-35A鈦合金或T1-13鈦合金材料。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于斜梯形定子(3)的斜梯形定子驅(qū)動足(3-1-5)端面相應(yīng)涂有陶瓷類或玻璃纖維類摩擦材料。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)，其特征在于所述的所述動子(4)為雙列交叉滾柱導(dǎo)軌，包括活動導(dǎo)軌(4-1)、導(dǎo)軌限位螺栓(4-2)、固定導(dǎo)軌(4-3)、雙列交叉滾柱導(dǎo)軌安裝螺栓(4-4)和雙列交叉滾柱導(dǎo)軌保持架(4-5);所述活動導(dǎo)軌(4-1)端面相應(yīng)涂有陶瓷類或玻璃纖維類摩擦材料，所述固定導(dǎo)軌(4-3)，通過螺紋連接將雙列交叉滾柱導(dǎo)軌安裝螺栓(4-4)與導(dǎo)軌螺紋安裝孔(1-4)固定到導(dǎo)軌固定安裝接觸面1-3上，所述固定導(dǎo)軌(4-3)設(shè)置有雙列交叉滾柱導(dǎo)軌保持架(4-5)和滾柱，動子(4)的活動導(dǎo)軌(4-1)和固定導(dǎo)軌(4-3)的兩端設(shè)置導(dǎo)軌限位螺栓(4-2)。9.一種斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)驅(qū)動方法，該驅(qū)動方法基于權(quán)利要求1所述的斜梯形運(yùn)動轉(zhuǎn)換式精密壓電粘滑直線馬達(dá)實(shí)現(xiàn);所述驅(qū)動方法特征在于驅(qū)動波為鋸齒波，摩擦調(diào)控波為正弦波，其中鋸齒驅(qū)動波周期為T1，激勵電壓幅值為V1，對稱性為D，微幅摩擦正弦調(diào)控波周期為T2，激勵電壓幅值為V2，鋸齒驅(qū)動波與微幅摩擦正弦調(diào)控波的周期比為IVT2=1?100000，激勵電壓幅值比為WV2大于2。
【文檔編號】H02N2/06GK105827141SQ201610386960
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】程廷海, 何猛, 張邦成, 柳虹亮, 殷夢飛, 何璞
【申請人】長春工業(yè)大學(xué)