[发明专利]单钩型位移转换机构压电粘滑直线电机及其激励方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单钩型位移转换机构压电粘滑直线电机及其激励方法，属于微纳精密驱动与定位技术领域。

背景技术

压电粘滑直线电机是一种基于压电元件的逆压电效应，在非对称电信号激励下激发定子（或称振子）产生微幅高频振动，利用定子与动子间的摩擦耦合实现机械能输出的微纳精密压电粘滑直线电机。按照驱动原理的不同，压电粘滑直线电机主要分为共振型压电电机（也称超声波电机）与非共振型压电电机（也称压电粘滑电机）两大类。与共振型压电电机相比，压电粘滑直线电机具有结构简单紧凑、控制方便、定位精度高及行程大等优点，被广泛应用于半导体加工、精密光学仪器等微纳精密驱动与定位技术领域。

压电粘滑驱动主要是将锯齿激励电信号施加于压电元件，激发定子产生快慢交替的运动变形，控制定子与动子在“粘”和“滑”两种运动状态之间相互转换，利用摩擦力驱动动子实现机械运动输出。然而，由于压电粘滑驱动缓慢与快速变形驱动阶段，定子与动子间摩擦力发挥的不同作用，具体为缓慢变形驱动阶段时表现为摩擦驱动力，而快速变形驱动阶段时表现为摩擦阻力。已有公开技术表明当前压电粘滑直线电机无法实现对整个粘滑驱动过程的摩擦力进行综合调控，导致其输出机械性能受限。特别在定子的快速变形驱动阶段，由于动子所受摩擦力与其运动方向相反，当动子惯性力不足以克服该摩擦阻力时，将会导致动子产生回退运动，表现为类锯齿状的不平稳运动输出，劣化输出性能，已有锯齿激励电信号无法实现对压电粘滑直线电机快速变形驱动阶段的摩擦力进行调控，进一步限制压电粘滑直线电机的应用与发展。

发明内容

为解决已有压电粘滑直线电机由于定子与动子间摩擦综合调控困难，所导致的机械输出特性受限，产生类锯齿状不平稳运动输出，劣化输出性能等技术问题，本发明公开一种单钩型位移转换机构压电粘滑直线电机及其激励方法。

本发明所采用的技术方案是：

所述单钩型位移转换机构压电粘滑直线电机包括加载机构、单钩型定子和动子。

所述加载机构由下滑台、上滑台和手动调节螺钉组成。所述下滑台设置有固定螺钉、锁紧保持架和锁紧螺栓，用于实现对上滑台安装固定；所述下滑台设置有手动调节螺钉安装孔，通过与手动调节螺钉的螺纹连接实现单钩型定子的预紧力调节；所述下滑台设置有下弹簧固定销和预压弹簧，用于实现上滑台的回程运动；所述下滑台设置有内侧固定导轨，内侧固定导轨设置有下导轨限位螺钉，避免上滑台滑动过程中脱离下滑台。所述下滑台设置有滚珠保持架组件，用于使上滑台与下滑台间接接触；所述下滑台设置有动子安装基面和动子安装螺纹孔，通过动子安装螺纹孔将动子固定在动子安装基面上；所述下滑台设置有沉头孔，通过沉头孔与外围台面连接固定。所述上滑台设置有横向铰链安装孔和纵向铰链安装孔，用于安装定子；所述上滑台设置有外安装孔和呈垂直对称分布的内安装孔；所述上滑台设置有上导轨限位螺钉，用于限制上滑台的运动范围；所述上滑台设置有上弹簧固定销，用于固定预压弹簧的另一端，所述上滑台侧面设置有锁紧螺纹孔，通过与锁紧螺栓的螺纹连接固定上滑台；所述上滑台设置有外侧移动导轨，通过外侧移动导轨带动上滑台的移动。所述手动调节螺钉与手动调节螺钉安装孔采用螺纹连接，通过调节手动调节螺钉的旋进量可以改变上滑台的位置，实现加载机构对单钩型定子的预紧力调节。

所述单钩型定子包括单钩型菱形位移放大转换机构、压电堆叠、预紧调整螺栓和垫片。所述单钩型菱形位移放大转换机构设置有定子安装孔，通过定子安装孔可将单钩型定子与上滑台固定；所述单钩型菱形位移放大转换机构设置有单钩型菱形铰链，可以将压电堆叠的微位移放大。所述单钩型菱形铰链设置有铰链短轴和铰链长轴，通过改变铰链长短轴的比值，可改变微位移的放大倍数；所述单钩型菱形位移放大转换机构设置有柔性梁和刚性梁，通过改变刚性梁与柔性梁的壁厚比值，可以将压电堆叠产生的微位移进一步放大。所述单钩型菱形位移放大转换机构设置有驱动足，用于驱动动子运动；所述单钩型菱形位移放大转换机构设置有单钩型铰链运动转换器，用于改变单钩型定子的轴向偏转刚度，将压电堆叠受到锯齿波激励电信号时产生的微位移转换转化为驱动足的侧向位移。由于单钩型定子的轴向刚度分布不均既产生侧向位移，又可增大缓慢变形驱动阶段时摩擦驱动力，减小快速变形驱动阶段时摩擦阻力，实现对摩擦力的综合调控。所述单钩型菱形位移放大转换机构设置有预紧调整螺栓安装孔，用于压电堆叠的预紧固定。所述压电堆叠的前后端面与预紧调整螺栓之间设置有垫片，其目的是保护压电堆叠，防止其局部应力集中。通过改变预紧调整螺栓的旋进量，可以通过垫片间接的对压电堆叠的轴向预紧力调节。