[发明专利]长行程高精度压电位移台及其驱动方法

权利要求书

1.一种长行程高精度压电位移台，为一种改进斜梯型定子组件实现方式的长行程高精度压电位移台包括固定基座（1）、驱动定子（2）、承载滑块（3）、顶盖（4）、导轨（5）、螺纹副（6）、定子安装螺钉（7）、顶盖安装螺钉（8）和导轨安装螺钉（9）；所述导轨（5）通过导轨安装螺钉（9）安装在固定基座（1）上，承载滑块（3）通过滑动接触方式安装在导轨（5）上，驱动定子（2）通过定子安装螺钉（7）安装在承载滑块（3）上，顶盖（4）通过顶盖安装螺钉（8）安装在承载滑块（3）上，螺纹副（6）通过胶粘安装固定在承载滑块（3）上；所述固定基座（1）采用“L”字型结构，固定基座（1）包括摩擦平面（1-1）、导轨螺纹安装孔（1-2）和固定基座安装孔（1-3）；摩擦平面（1-1）端面涂有陶瓷类和玻璃纤维类摩擦材料，所述导轨螺纹安装孔（1-2）通过导轨安装螺钉（9）将导轨（5）安装在固定基座（1）上，固定基座安装孔（1-3）可与其它外围装置连接进行固定；所述导轨（5）为微型直线导轨，所述导轨（5）包括沉头孔（5-1）、支撑面（5-2）和轨道（5-3）；所述沉头孔（5-1）通过导轨安装螺钉（9）与固定基座（1）进行固定，所述承载滑块（3）放置在支撑面（5-2）上，轨道（5-3）用于承载滑块（3）运动的导向；所述承载滑块（3）为微型导轨滑块，所述承载滑块（3）包括承载面（3-1）、定子螺纹孔（3-2）、螺纹副固定孔（3-3）、顶盖螺纹孔（3-4）、刮油片（3-5）、端盖（3-6）和轨道连接面（3-7）；所述承载面（3-1）与定子螺纹孔（3-2）通过定子安装螺钉（7）固定驱动定子（2），承载面（3-1）与顶盖螺纹孔（3-4）用于固定顶盖（4），所述螺纹副安装孔（3-3）通过胶粘安装固定螺纹副（6），所述轨道连接面（3-7）与轨道（5-3）接触；所述驱动定子（2）包括柔性铰链机构（2-1）、叠堆型压电陶瓷（2-2）、调整垫片（2-3）和基米螺钉（2-4）；所述叠堆型压电陶瓷（2-2）通过调整垫片（2-3）和基米螺钉（2-4）固定在柔性铰链机构（2-1）内；所述柔性铰链机构（2-1）设置有驱动足（2-1-1）、定子安装孔（2-1-4）、基米螺钉安装孔（2-1-6）、直圆型铰链Ⅱ（2-1-13）、直圆型铰链Ⅲ（2-1-14）、直圆型铰链Ⅵ（2-1-17）、改进斜梯梁（2-1-23）、非对称横梁（2-1-24）、刚性直梁Ⅶ（2-1-42）和刚性直梁Ⅷ（2-1-43）；所述直圆型铰链Ⅲ（2-1-14）和直圆型铰链Ⅱ（2-1-13）通过刚性直梁Ⅷ（2-1-43）刚性连接，所述直圆型铰链Ⅵ（2-1-17）与刚性直梁Ⅶ（2-1-42）底端刚性连接，所述直圆型铰链Ⅲ（2-1-14）和改进斜梯梁（2-1-23）通过非对称横梁（2-1-24）刚性连接；所述驱动足（2-1-1）与摩擦平面（1-1）之间采用线接触方式，定子安装孔（2-1-4）通过定子安装螺钉（7）与定子螺纹孔（3-2）螺纹连接，基米螺钉安装孔（2-1-6）采用螺纹配合安装基米螺钉（2-4）；所述螺纹副（6）为精密螺纹副，所述螺纹副（6）包括螺母基体（6-1）、锁紧螺母（6-2）和螺栓（6-3）；螺母基体（6-1）固定在螺纹副固定孔（3-3）上，锁紧螺母（6-2）放置于螺栓（6-3）末端；所述顶盖（4）加工材料为铝合金，所述顶盖（4）包括顶盖上表面（4-1）、通线孔（4-2）、顶盖安装孔（4-3）；所述顶盖安装孔（4-3）通过顶盖安装螺钉（8）与顶盖螺纹孔（3-4）螺纹连接；所述驱动定子（2）的柔性铰链机构（2-1）采用5052铝合金、6061铝合金、7075铝合金、Ti-35A钛合金或Ti-13钛合金材料；所述调整垫片（2-3）采用钨钢片材料；所述导轨（5）采用不锈钢材料；所述驱动定子（2）的改进斜梯梁（2-1-23）设置有长边、短边和斜边，长边长度为L，短边长度为M，斜边长度为N，斜边与短边的夹角为θ，其特征在于长边L与短边M的比值为K=L/M，其中K的取值范围为1～7；所述驱动定子（2）的直圆型铰链Ⅲ（2-1-14）、直圆型铰链Ⅵ（2-1-17）和直圆型铰链Ⅱ（2-1-13）具有相同的圆角半径值R₁，R₁的取值范围为0.1～1.2 mm；所述摩擦平面（1-1）的厚度为e，高度为h，材料为不锈钢，其特征在于厚度为h与e的比值为S=h/e,其中S的取值应小于20；所述承载滑块（3）的厚度为c，c的取值范围为3～6mm；所述叠堆型压电陶瓷（2-2）通过调整垫片（2-3）和基米螺钉（2-4）固定在柔性铰链机构（2-1）内；所述柔性铰链机构（2-1）设置有驱动足（2-1-1）、横梁（2-1-2）、定子安装孔（2-1-4）、基米螺钉安装孔（2-1-6）、刚性直梁（2-1-8）、直圆型铰链Ⅰ（2-1-9）、刚性横梁（2-1-10）、直圆型铰链Ⅱ（2-1-13）、直圆型铰链Ⅲ（2-1-14）、直圆型铰链Ⅳ（2-1-15）、直圆型铰链Ⅴ（2-1-16）和直圆型铰链Ⅵ（2-1-17）；所述驱动足（2-1-1）位于横梁（2-1-2）的中间位置，驱动足（2-1-1）与摩擦平面（1-1）线接触，驱动足（2-1-1）的表面涂有摩擦材料，所述直圆型铰链Ⅰ（2-1-9）和直圆型铰链Ⅳ（2-1-15）通过刚性横梁（2-1-10）刚性连接，所述直圆型铰链Ⅱ（2-1-13）和直圆型铰链Ⅲ（2-1-14）通过刚性直梁（2-1-8）刚性连接，所述直圆型铰链Ⅴ（2-1-16）和直圆型铰链Ⅵ（2-1-17）通过刚性直梁（2-1-8）刚性连接。