[发明专利]非对称菱形放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非对称菱形放大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、易装配、控制方便、定位精度高以及行程不受限等特点，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起到不同作用，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，本发明公开一种非对称菱形放大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：

所述一种使用非对称菱形放大机构压电粘滑直线电机由预压力调节装置、定子和动子三部分组成。

所述预压力调节装置由下支撑台、预压滑台和手动调节螺栓组成。所述下支撑台设置有固定螺钉、固定保持架和锁紧螺杆，通过调节锁紧螺杆，可实现对预压滑台的固定；所述下支撑台设置有手动调节螺栓安装孔，通过与手动调节螺栓采用螺纹连接实现对定子的预紧力调节；所述下支撑台设置有下弹簧固定螺钉和安装弹簧，用于实现预压滑台的回程运动。所述下支撑台设置有内侧固定导轨，用于实现预压滑台的移动，内侧固定导轨设置有下导轨安装螺钉，避免预压滑台滑动过程中脱离下支撑台；所述内侧固定导轨设置有滚珠保持架组件，可实现预压滑台的单自由度往复直线运动。所述下支撑台设置有动子安装基面和动子安装螺纹孔，用于安装固定动子；所述下支撑台设置有锥形孔，用于与外围装置固连。所述预压滑台设置有横向铰链安装孔和纵向铰链安装孔，用于安装固定定子；所述预压滑台设置有顶点固定孔和呈垂直对称分布的内安装孔。所述预压滑台设置有上导轨安装螺钉，用于避免预压滑台滑出下支撑台。所述预压滑台设置有上弹簧固定螺钉，用于固定安装弹簧的另一端；所述预压滑台侧面设置有锁紧螺杆安装孔，通过与锁紧螺杆的螺纹连接实现对预压滑台锁紧固定。所述预压滑台设置有外侧移动导轨，用于带动预压滑台移动。所述手动调节螺栓与手动调节螺栓安装孔螺纹连接，实现对定子的预紧力调节。

所述定子包括非对称菱形位移放大转换机构、叠堆型压电陶瓷致动器、预紧调整螺钉和楔形垫块；所述非对称菱形位移放大转换机构设置有铰链固定孔，用于与预压滑台紧固连接；所述非对称菱形位移放大转换机构设置有单棱边弧形缺口式菱形铰链，用于将受到锯齿波电信号激励下的叠堆型压电陶瓷致动器产生的微位移放大；所述有单棱边弧形缺口式菱形铰链设置有铰链短轴和铰链长轴，调整长短轴比值，可以改变的微位移放大倍数。所述非对称菱形位移放大转换机构设置有刚性梁和柔性梁，可以进一步对叠堆型压电陶瓷致动器产生的微位移放大。所述非对称菱形位移放大转换机构设置有运动足，用于驱动动子移动。所述非对称菱形位移放大转换机构设置有直圆型柔性铰链运动转换器，可以改变其轴向偏转刚度，并将叠堆型压电陶瓷致动器的轴向振动产生微位移转换为运动足的侧向位移。所述非对称菱形位移放大转换机构设置有预紧调整螺钉安装孔，用于叠堆型压电陶瓷致动器的预紧固定；所述叠堆型压电陶瓷致动器的前后端面与预紧调整螺钉之间设置有楔形垫块，其目的是保护叠堆型压电陶瓷致动器，防止其产生切应变或局部受力不均，通过调整预紧调整螺钉的旋进量，可以通过楔形垫块间接的对叠堆型压电陶瓷致动器的轴向预紧力调节。