[发明专利]一种摩擦力精确可调的冲击式压电驱动装置

说明书

技术领域

本发明属于微定位和微控制领域，具体涉及一种摩擦力精确可调的冲击式压电驱动装置。

背景技术

随着超精密科技的迅猛发展，微纳米级位移的测量、定位及控制技术已成为精密仪器工业进一步升级的迫切要求。基于压电材料的智能结构由于具有控制精度高、响应速度快、单位质量输出功率高、不受电磁干扰的优点，在超精密加工、微小机械零件装配、微操作机器人、MEMS 制造、光学调整、显微医疗和生物工程等领域得到了广泛应用，并成为目前最有前途的智能驱动器件之一。

最早的压电驱动装置仅利用压电体的逆压电效应，通过改变电压激励的大小改变压电体的伸缩量，从而使压电叠堆产生了精确定位的能力。经典的尺蠖式压电驱动器利用压电叠堆端部固结的质量块与工作台之间的摩擦力实现对质量块的精确定位。但压电叠堆的输出总位移量较小，因此其行程较小。

沈煜年对一种新型的行程弹簧-压电冲击式驱动器（杂志名：Science in China Series E: Technological Sciences）的动力学响应进行了理论计算，得到了该驱动器在不同电压激励下的定位过程。Liu Yung-Tien提出了一种新型的行程弹簧-压电冲击式的压电驱动器（杂志名：Precision Engineering），利用行程弹簧实现驱动器大行程，采用撞击方式对目标体实施精确定位。由于该驱动器中目标体正压力的施加装置简单粗糙（通过一个螺母给进，使得法向弹簧产生一定压紧力，该压紧力只是通过螺母的给进圈数进行简单估算，估算值会降低预期的定位精度），因此该驱动器仍存在目标体上的摩擦力无法准确施加以及行程弹簧预压缩量无法精确给定的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种摩擦力精确可调的冲击式压电驱动装置，解决了目标体摩擦力的精确施加和行程弹簧预压缩量的精确给定等问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种摩擦力精确可调的冲击式压电驱动装置，包括摩擦力精确调节机构、微纳米级压电驱动机构和精密手动平移台，摩擦力精确调节机构和精密手动平移台分别位于微纳米级压电驱动机构两端，且精密手动平移台设置在微纳米级压电驱动机构顶部，目标体设置在微纳米级压电驱动机构上。

所述摩擦力精确调节机构包括进给螺杆、锁紧块、支架框、弹簧上底座、压缩弹簧、弹簧下底座、力压电传感传感器和下垫片；支架框顶面设有长条形通孔，进给螺杆穿过所述长条形通孔，通过锁紧块与支架框顶面固连；弹簧上底座和弹簧下底座分别设置在压缩弹簧的两端，进给螺杆底面与弹簧上底座接触，弹簧下底座底面设有力压电传感传感器，力压电传感传感器设置在目标体顶部，且力压电传感传感器和目标体之间设有下垫片，支架框设置在微纳米级压电驱动机构的一端。

所述下垫片底面涂覆润滑油。

所述微纳米级压电驱动机构包括行程弹簧、弹簧前底座、弹簧后底座、弹性杆、前部惯性质量块、后部惯性质量块、压电叠堆、杆状冲击锤、支撑滑块、目标体基座和V型槽底座；行程弹簧、弹簧前底座、弹簧后底座、弹性杆、前部惯性质量块、后部惯性质量块、压电叠堆、杆状冲击锤、支撑滑块、目标体基座均设置在V型槽底座上，前部惯性质量块和后部惯性质量块之间设有压电叠堆，前部惯性质量块和后部惯性质量块两侧设有支撑滑块，杆状冲击锤一端穿过支撑滑块与前部惯性质量块固连，另一端与目标体接触，目标体设置在目标体基座上；弹性杆一端穿过支撑滑块与后部惯性质量块固连；弹性杆另一端与弹簧前底座固连，行程弹簧两端分别与弹簧前底座和弹簧后底座固连。

所述压电叠堆的两端分别设有连接帽，用于连接前部惯性质量块、后部惯性质量块。

所述杆状冲击锤和弹性杆均与支撑滑块之间无摩擦。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）本发明由于能够通过摩擦力精确调节机构精确显示并调节最大静摩擦力值，提高了最大静摩擦力的施加精度和定位效率。

（2）通过精密手动平移台可精确施加行程弹簧的预压缩量。

（3）目标体产生运动的驱动力为接触力，其是单边约束力，与传统的双边约束力不同，采用单边约束力的好处在于压电叠堆的驱动电压交流电压，而不必总是直流电压。

（4）通过在压电叠堆后端轴向固结一个行程弹簧，使目标体能获得远大于压电叠堆自身最大伸缩量的定位位移。

附图说明

图1为本发明的摩擦力精确可调的冲击式压电驱动装置的整体结构示意图；其中，I-摩擦力精确调节机构，II-微纳米级压电驱动机构，III-精密手动平移台。