[发明专利]基于菱形环楔块一体化钳位的U型步进压电作动器及方法

权利要求书

1.一种基于菱形环楔块一体化钳位的U型步进压电作动器，其特征在于：包括外壳(1)，与外壳(1)通过导轨配合的U型杆件(7)以及通过矩形截面梁(8)固定在外壳(1)内部中间处的菱形环楔块一体化钳位机构(15)；所述U型杆件(7)的左侧长杆(2)在靠近U型杆件(7)的输出底平面(5)的下部嵌有长轴沿左侧长杆(2)长度方向的菱形驱动机构(3)，该菱形驱动机构(3)沿长轴方向过盈配合有驱动压电堆(4)；所述菱形环楔块一体化钳位机构(15)的纵向对称轴处设置有矩形截面梁(8)，该矩形截面梁(8)两端分别与外壳(1)内表面固接，矩形截面梁(8)两侧分别是左钳位菱形环(9)和右钳位菱形环(12)，所述左钳位菱形环(9)和右钳位菱形环(12)的长轴方向与矩形截面梁(8)的长度方向一致，其内部沿长轴方向分别过盈配合有左钳位压电堆(10)和右钳位压电堆(13)，左钳位菱形环(9)的左侧是一体成型的左楔块(11)，其能够与U型杆件(7)的左侧长杆(2)内的楔形槽面紧密接触，右钳位菱形环(12)的右侧是一体成型的右楔块(14)，其能够与U型杆件(7)的右侧长杆(6)内的楔形槽面紧密接触。

2.根据权利要求1所述基于菱形环楔块一体化钳位的U型步进压电作动器，其特征在于：所述菱形环楔块一体化钳位机构(15)能够采用慢走丝线切割工艺加工。

3.根据权利要求1所述基于菱形环楔块一体化钳位的U型步进压电作动器，其特征在于：在装配完成时，所述左楔块(11)和U型杆件(7)的左侧长杆(2)的接触楔面将受到外壳(1)和左菱形环的挤压，两者之间能够产生较大的静摩擦力，在断电情况下实现可靠的钳位；同理，所述右楔块(14)和U型杆件(7)的右侧长杆(6)的接触楔面将受到外壳和右菱形环的挤压，两者之间能够产生较大的静摩擦力，在断电情况下实现可靠的钳位。

4.根据权利要求1所述基于菱形环楔块一体化钳位的U型步进压电作动器，其特征在于：所述菱形驱动机构(3)的刚度能够通过作动器的几何参数设计来调整，以保证足够的回弹拉力。

5.权利要求1所述的基于菱形环楔块一体化钳位的U型步进压电作动器的作动方法，其特征在于：初始状态时，左钳位压电堆(10)、右钳位压电堆(13)及驱动压电堆(4)均处于掉电状态，此时U型杆件(7)处于钳位状态；为使U型杆件(7)的输出底平面(5)向上运动输出拉力，第一步，左钳位压电堆(10)通电，其沿左钳位菱形环(9)的长轴方向伸长，使得左钳位菱形环(9)短轴向矩形截面梁(8)运动，从而带动左楔块(11)远离左侧长杆(2)，此时左侧长杆(2)解锁；第二步，驱动压电堆(4)通电伸长，菱形驱动机构(3)产生弹性变形带动左侧长杆(2)向上运动一个步距；第三步，左钳位压电堆(10)掉电回缩使得左侧长杆(2)恢复钳位；第四步，右钳位压电堆(13)通电，其沿右钳位菱形环(12)的长轴方向伸长，使得右钳位菱形环(12)短轴向矩形截面梁(8)运动，从而带动右楔块(14)远离右侧长杆(6)，此时右侧长杆(6)解锁；第五步，驱动压电堆(4)掉电回缩，菱形驱动机构(3)弹性变形恢复，其恢复力带动U型杆件(7)的输出底平面(5)和右侧杆件向上运动一个步距；第六步，右钳位压电堆(13)掉电回缩使得右侧杆件钳位，恢复到初始状态；重复步骤一到六，输出底平面(5)以步进方式向上运动驱动负载；为使U型杆件(7)的输出底平面(5)向下运动输出压力，第一步，右钳位压电堆(13)通电，其沿右钳位菱形环(12)的长轴方向伸长，使得右钳位菱形环(12)短轴向矩形截面梁(8)运动，从而带动右楔块(14)远离右侧长杆(6)，此时右侧长杆(6)解锁；第二步，驱动压电堆(4)通电伸长，菱形驱动机构(3)产生弹性变形，带动U型杆件(7)的输出底平面(5)和右侧杆件向下运动一个步距；第三步，右钳位压电堆(13)掉电回缩使得右侧长杆(6)钳位；第四步，左钳位压电堆(10)通电，其沿左钳位菱形环(9)的长轴方向伸长，使得左钳位菱形环(9)短轴向矩形截面梁(8)运动，从而带动左楔块(11)远离左侧长杆(2)，此时左侧长杆(2)解锁；第五步，驱动压电堆(4)掉电回缩，菱形驱动机构(3)弹性变形恢复，其恢复力带动左侧长杆(2)向下运动一个步距；第六步，左钳位压电堆(10)掉电回缩使得左侧杆件钳位，恢复到初始状态；重复步骤一到六，输出底平面(5)以步进方式向下运动驱动负载。