[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

说明书

技术领域

本发明属于步进式压电作动器技术领域，具体涉及一种基于菱形环楔块一体化钳位的U型步进压电作动器及作动方法。

背景技术

压电驱动的工作原理是基于压电具有的逆压电效应,其具有线性好、控制方便、位移分辨率高、频率响应好、无噪声、无电磁干扰、低电压驱动及易于微型化的优点。压电作动器在航空航天技术、光学、自适应智能结构、主动振动抑制、超精密微细加工等诸多关键科技领域具有广泛的应用背景。

步进式压电作动器模仿自然界尺蠖的爬行方式，通过对压电叠堆微小步距位移的积累，可实现小步距、理论行程无限大、高分辨率的精密双向步进运动。但以往的步进式作动器常常采用对称结构，输出杆的长度会增加作动器的轴向尺寸导致横向刚度的大幅降低，限制使用场合。

此外对于传统的利用静摩擦力驱动的主动箝位型步进驱动器，摩擦力由法向力和摩擦系数决定,而摩擦表面之间非常小的间隙要求,受环境,如热膨胀、污染、腐蚀和磨损的影响严重，往往不能长时间工作。

最后，以往的步进式压电作动器多采用通电钳位的方式，而在要求系统在断电情况下仍能保持输出位移应用场合中，以往的作动器无法完成此类任务。

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基于菱形环楔块一体化钳位的U型步进压电作动器及作动方法，在高频驱动条件下，只有一个驱压电元件随输出位移一同移动，其它两个压电元件保持不动并提供断电钳位和通电解锁的功能；此作动器尺寸小，结构紧凑、装配便捷，磨损容限大，可双向大位移作动。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于菱形环楔块一体化钳位的U型步进压电作动器，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。

所述折叠式U型杆件7作为输出装置采用非对称布局，优化了传统步进压电作动器的结构，有效缩减结构尺寸，提高空间利用率。

所述菱形环楔块一体化钳位机构15能够采用精度较高的慢走丝线切割工艺加工，结构简单，易于装配。

所述作动器在装配完成时，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1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。

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。