[发明专利]一种具有大推力的螺纹式压电直线作动器及其工作方法

说明书

本发明公开了一种具有大推力的螺纹式压电直线作动器及其工作方法，螺纹式压电直线作动器包含压电驱动模块、壳体和输出轴；所述输出轴包含依次同轴固连的第一光柱、螺柱、第二光柱；压电驱动模块设置在壳体内，包含固定板、两个承载板、两个螺母、两个环形压电叠堆、M个第一柱状柱形压电叠堆组和M个第二柱状柱形压电叠堆组。本发明通过柱形压电叠堆组驱动两个螺母，在螺母‑丝杠间静摩擦力的作用下使丝杠产生正反向旋转运动，从而实现装置的正、反向运动工作。本发明可靠性高，输出扭矩大，通用性较高，易于推广，具有良好的经济效益。

技术领域

本发明涉及压电驱动领域，尤其涉及一种具有大推力的螺纹式压电直线作动器及其工作方法。

背景技术

超声电机是一种基于压电效应和超声振动的作动器，具有惯性小、断电自锁、响应速度快、功率密度大等优点。超声电机既可以作为直接的驱动源提供动力，也可以用来驱动和控制高精度定位装置。但是，超声电机仍具有许多尚未解决的难题，例如输出功率不足、推力或扭矩较小、负载力较小等，导致其在航空航天、工业机器人等领域的应用仍然有限。因此，如何增大超声电机的功率、如何进一步提高输出推力及负载力成了压电作动器进一步拓宽应用范围、提高装置性能所面临的主要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种具有大推力的螺纹式压电直线作动器及其工作方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种具有大推力的螺纹式压电直线作动器，包含压电驱动模块、壳体和输出轴；

所述输出轴包含依次同轴固连的第一光柱、螺柱、第二光柱，所述第一光柱、第二光柱远离螺柱的一端均设有用于和外部相连的连接部；

所述壳体为两端封闭的空心圆柱体，其两个端面中心分别设有供所述第一光柱、第二光柱穿出的通孔；

所述压电驱动模块设置在壳体内，包含固定板、第一至第二承载板、第一至第二螺母、第一至第二环形压电叠堆、M个第一柱状柱形压电叠堆组和M个第二柱状柱形压电叠堆组，M为大于等于1的自然数；

所述固定板为设置在壳体中心的圆板，和壳体内壁同轴固连，且固定板中心均设有供螺柱穿过的通孔；所述第一承载板、第二承载板结构相同，均为外径小于壳体内径、内径大于螺柱外径的圆环；

所述第一光柱通过第一直线轴承和所述壳体一个端面中心的通孔相连，第二光柱通过第二直线轴承和壳体另一个端面中心的通孔相连，使得输出轴能够相对壳体自由滑动；所述螺柱位于壳体内，依次穿过第一螺母、第一承载板、固定板、第二承载板、第二螺母中心的通孔，且螺柱和第一承载板、固定板、第二承载板不接触，螺柱和第一螺母、第二螺母螺纹连接；

所述第一环形压电叠堆、第二环形压电叠堆均呈两端开口的空心圆柱状，其中，所述第一环形压电叠堆套在第一承载板和固定板之间的螺柱上，一端和第一承载板固连，另一端和固定板固连；所述第二环形压电叠堆套在固定板和第二承载板之间的螺柱上，一端和固定板固连，另一端和第二承载板固连；

所述M个第一柱形压电叠堆组周向均匀的设置在第一承载板面向第一螺母的端面上，所述第一柱形压电叠堆组均包含第一柱形压电叠堆、第二柱形压电叠堆，其中，第一柱形压电叠堆、第二柱形压电叠堆均一端和所述第一承载板面向第一螺母的端面固连，另一端和第一螺母相抵；第一柱形压电叠堆、第二柱形压电叠堆均用于向第一螺母施加推力和旋转力，且第一柱形压电叠堆、第二柱形压电叠堆施加的旋转力大小相同、方向相反；

所述M个第二柱形压电叠堆组周向均匀的设置在第二承载板面向第二螺母的端面上，所述第二柱形压电叠堆组均包含第三柱形压电叠堆、第四柱形压电叠堆，其中，第三柱形压电叠堆、第四柱形压电叠堆均一端和所述第二承载板面向第二螺母的端面固连，另一端和第二螺母相抵；第三柱形压电叠堆、第四柱形压电叠堆均用于向第二螺母施加推力和旋转力，且第三柱形压电叠堆、第四柱形压电叠堆施加的旋转力大小相同、方向相反；