[发明专利]采用轴向限位—径向箝位机构的尺蠖式压电作动器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电作动器，具体涉及一种轴向限位—径向箝位机构的大输出力尺蠖式压电作动器及方法。

背景技术

尺蠖式作动器通过协调控制箝位机构和驱动机构以实现类似于尺蠖爬行的步进。由于具有较长的行程，同时兼具较高的位移输出分辨率因此广泛应用于微电子技术、生物工程、航天工程等领域。典型的尺蠖式(inchworm)压电驱动器(即蠕动式压电驱动器)，一般由两个箝位机构和中间驱动机构组成，且都会采用压电叠堆元件，在通电的情况下压电叠堆均匀伸长，不通电的情况下保持原来长度。在运动过程中，两箝位机构与驱动机构相配合，通过对压电堆通电时序的调整，箝位机构不断的进行位置锁定及松脱，驱动机构不断的伸长及恢复原状，从而使作动器产生类似与尺蠖的运动，从而对外输出位移。但是由于箝位机构需要通过施加正压力从而产生摩擦力以进行位置锁定，因此目前尺蠖式作动器的输出力一般较小。因此有必要设计一种具备大输出力的尺蠖式压电作动器。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种采用轴向限位—径向箝位机构的尺蠖式压电作动器及方法，该作动器输出力大，可实现断电箝位，同时具有结构紧凑，体积小，重量轻的特点。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

采用轴向限位—径向箝位机构的尺蠖式压电作动器，包括驱动机构3，连接在驱动机构3两端的第一丝杠7和第二丝杠8，分别套接在第一丝杠7和第二丝杠8上的第一丝杠螺母5和第二丝杠螺母6，分别设置在第一丝杠螺母5和第二丝杠螺母6外端用于固定第一丝杠螺母5和第二丝杠螺母6轴向位置并对其进行径向箝位以使其在被箝位时不进行旋转的第一轴向限位—径向箝位机构1和第二轴向限位—径向箝位机构2，固定在第一轴向限位—径向箝位机构1和第二轴向限位—径向箝位机构2间的限位机构4，限位机构4的中部与驱动机构3相连接，以使驱动机构3不产生旋转。

所述驱动机构3包括外部约束结构10以及设置在外部约束结构10内的驱动压电堆叠9。

所述第一轴向限位—径向箝位机构1包括第一径向箝位机构14，嵌套在第一径向箝位机构14中部的第一连接件12以及设置第一径向箝位机构14上、第一连接件12外周圈的第一轴向限位结构11，安装于第一轴向限位结构11和第一连接件12之间的第一深沟球轴承13；第一深沟球轴承13的轴承外圈固定于第一轴向限位结构11与第一径向箝位机构14之间，第一深沟球轴承13的轴承内圈固定于第一锁紧螺母15与第一连接件12之间；所述第一连接件12通过第一螺栓组16固定于第一丝杠螺母5；所述第一径向箝位机构14内安装有第一箝位压电堆叠17；所述第二轴向限位—径向箝位机构2的结构同第一轴向限位—径向箝位机构1；包括第二径向箝位机构21，嵌套在第二径向箝位机构21中部的第二连接件19以及设置第二径向箝位机构21上、第二连接件19外周圈的第二轴向限位结构18，安装于第二轴向限位结构18和第二连接件19之间的第二深沟球轴承20；第二深沟球轴承20的轴承外圈固定于第二轴向限位结构18与第二径向箝位机构21之间，第二深沟球轴承20的轴承内圈固定于第二锁紧螺母22与第二连接件19之间；所述第二连接件19通过第二螺栓组23固定于第二丝杠螺母6；所述第二径向箝位机构21内安装有第二箝位压电堆叠24。

所述第一径向箝位机构14包括放置第一连接件12的中心圆形箝位面25，分布于中心圆形箝位面25四周的第一簧片26、第二簧片27、第三簧片28、第四簧片29以及分布于中心圆形箝位面25两侧的第一箝位压电堆叠17；断电时，第一箝位压电堆叠17保持原长，中心圆形箝位面25对第一连接件12施加正压力，使第一连接件12保持径向位置锁定，从而使得第一连接件12及第一丝杠螺母5失去旋转自由度；通电后，第一箝位压电堆叠17伸长，撑开中心圆形箝位面25，从而使其对第一连接件12解除位置锁定，从而使第一连接件12及第一丝杠螺母5能够沿径向自由转动。

所述驱动机构3的限位机构4包括滑轨30及安装于滑轨30上的滑块31，还包括支撑-调节机构32，支撑-调节机构32一端固定于滑块31上，另一端固定在驱动机构3上。