[发明专利]一种基于杠杆原理的压电陶瓷位移放大装置及其驱动方法

权利要求书

1.一种基于杠杆原理的压电陶瓷位移放大装置，包括固定座(5)，其特征在于，所述固定座(5)上两边平行固定安装有上端平齐的立柱(1)；所述固定座(5)的上端面与杠杆臂(2)通过弯曲铰链铰接，所述杠杆臂(2)位于所述立柱(1)之间，所述杠杆臂(2)为L型沿顺时针旋转90°后的结构，所述杠杆臂(2)包括短臂和长臂，所述短臂与所述固定座(5)的上端面通过所述弯曲铰链铰接，所述长臂的长度小于所述立柱(1)之间的间距；所述固定座(5)固接压电陶瓷执行器(6)的固定端，所述压电陶瓷执行器(6)的驱动端连接在所述杠杆臂(2)的短臂上，压电陶瓷执行器的外接口(4)设置在所述固定座(5)上；所述立柱(1)之间所述杠杆臂(2)正上方设置有预弯曲薄板(3)，所述预弯曲薄板(3)两端分别固接所述立柱(1)，所述预弯曲薄板(3)两个固定端之间的距离小于所述预弯曲薄板(3)的长度，所述杠杆臂(2)的长臂远离短臂的末端与所述预弯曲薄板(3)固定相连。

2.根据权利要求1所述的基于杠杆原理的压电陶瓷位移放大装置，其特征在于，所述固定座(5)上设置有嵌装所述压电陶瓷执行器(6)的固定端的卡槽。

3.根据权利要求2所述的基于杠杆原理的压电陶瓷位移放大装置，其特征在于，所述压电陶瓷执行器的外接口(4)共有两个，底端设置在所述卡槽内，上端伸出所述卡槽，且位于所述长臂末端、预弯曲薄板(3)和右侧立柱(1)之间。

4.根据权利要求3所述的基于杠杆原理的压电陶瓷位移放大装置，其特征在于，所述杠杆臂(2)的长臂远离短臂的末端与所述预弯曲薄板(3)之间通过锁扣(7)固定相连。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的基于杠杆原理的压电陶瓷位移放大装置的驱动方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1、根据所需的位移范围和触发力大小选取预弯曲薄板(3)，并通过机械性能实验得出所选预弯曲薄板(3)发生弯曲所需的触发力和触发位移的具体数值，然后对带弯曲铰链的所述杠杆臂(2)进行计算，保证带弯曲铰链的所述杠杆臂(2)末端处的输出力F₂和竖向位移d_t大于所述预弯曲薄板(3)发生弯曲所需的触发力和触发位移，根据杠杆平衡原理，所述杠杆臂(2)的末端竖向位移d_t和所述压电陶瓷执行器(6)的输出位移d_PSA之间的计算公式如下：

d_t/l₃＝d_PSA/l₂

所述杠杆臂(2)的末端输出力F₂和所述压电陶瓷执行器(6)的输出力F₁之间的计算公式如下：

其中，l₁为杠杆臂(2)的短臂的长度，l₂为压电陶瓷执行器(6)作用点距杠杆臂(2)短臂下端固定点的长度，l₃为杠杆臂(2)的长臂的长度，α是具有弯曲铰链的杠杆臂(2)的短臂在压电陶瓷执行器(6)驱动下的旋转角，

得出压电陶瓷执行器(6)的输出力F₁和输出位移d_PSA，从而选择符合要求的压电陶瓷执行器(6)型号；

步骤2、所述压电陶瓷执行器(6)的输出位移d_PSA和输出力F₁，经过具有弯曲铰链的杠杆臂(2)放大到杠杆臂(2)的末端竖向位移d_t和输出力F₂，具有弯曲铰链的杠杆臂(2)在杠杆臂(2)的末端产生的位移放大率为d_t/d_PSA；

步骤3、然后具有弯曲形变位移d的所述预弯曲薄板(3)的预弯曲形状可以通过固定边界点之间的距离(l_i-l_p)来调节，其中l_i为预弯曲薄板(3)两个固定端之间的间距即立柱(1)的间距，l_p为预弯曲薄板(3)伸直段的长度即长臂末端到右侧立柱的距离，触发位移d_t通过杠杆臂(2)传递到预弯曲薄板(3)，位移放大率为d/d_t。