[发明专利]一种单模态夹心式压电驱动的摆动鳍装置及驱动方法

权利要求书

1.一种单模态夹心式压电驱动的摆动鳍装置，其特征在于，包括支架导轨、压电换能器、弹性薄板、第一限位板、第二限位板和摆动鳍；

所述支架导轨包含依次相连的第一夹持段、第一连接段、第一工作段、第二工作段、第三工作段、第二连接段、第二夹持段；所述第一工作段、第二工作段、第三工作段均为圆弧段，其中，所述第一、第三工作段结构相同，对称设置在第二工作段两端；第一工作段的半径小于第二工作段的半径；所述第一连接段和第二连接段、第一夹持段和第二夹持段均关于第一工作段和第三工作段的对称面对称；所述第一、第二夹持段相互平行设置且通过螺栓固定，将所述弹性薄板的一端夹持固定在其中；所述第一工作段、第二工作段、第三工作段的开口方向均指向第一夹持段，形成了配合压电换能器工作的工作轨道；

所述压电换能器包含上基体、下基体以及压电陶瓷模块；

所述压电陶瓷模块包含2n个依次层叠的压电陶瓷片，n为大于等于1的自然数；所述压电陶瓷片均为单分区压电陶瓷片，均沿厚度方向极化；相邻压电陶瓷片的极化方向相反；

所述上基体为柱体，其上端面设有两侧开口的V形槽，两侧对称设有和上基体垂直的第一预紧板、第二预紧板；所述下基体为面积从上至下逐渐变小的变幅杆，两侧对称设有和下基体垂直的第三预紧板、第四预紧板；

所述第一预紧板、第三预紧板通过螺栓相连，第二预紧板、第四预紧板通过螺栓相连，使得上基体的下端面和下基体的上端面将2n个压电陶瓷片夹紧在其中；

所述摆动鳍上设有供所述支架导轨的工作轨道穿过的工作方孔，且摆动鳍的根部设有供所述压电换能器伸入至工作方孔内的通槽；

所述工作方孔内设有分别贴合在工作轨道的两侧侧壁上的第一转动滚筒、第二转动滚筒，使得摆动鳍能够在工作轨道的长度方向相对工作轨道自由滑动；

所述压电换能器设置在所述摆动鳍的通槽内，上基体、下基体均和摆动鳍固连，且下基体的下端作为作动头和所述工作轨道的内壁相抵；

所述弹性薄板一端夹持在所述第一夹持段、第二夹持段之间，另一端抵在压电换能器上基体上的V形槽内，呈压缩状态；

所述第一限位板、第二限位板分别设置在压电换能器上基体上的V形槽的两侧，均和所述弹性薄板垂直固连，用于防止所述弹性薄板从上基体的V形槽内脱离。

2.根据权利要求1所述的单模态夹心式压电驱动的摆动鳍装置，其特征在于，所述弹性薄板采用65Mn弹簧钢带制成。

3.根据权利要求1所述的单模态夹心式压电驱动的摆动鳍装置，其特征在于，所述支架导轨采用铝合金、钛合金、金属玻璃中的任意一种制成。

4.根据权利要求1所述的单模态夹心式压电驱动的摆动鳍装置，其特征在于，所述上基体、下基体均采用金属玻璃或磷青铜制成。

5.基于权利要求1所述的单模态夹心式压电驱动的摆动鳍装置的驱动方法，其特征在于，激发压电换能器使其纵向振动，压电换能器和工作轨道的内壁保持倾斜接触，压电换能器下基体的作动头不断和工作轨道的内壁进行斜碰撞、脱离，产生摩擦；压电换能器依靠下基体的作动头的不断摩擦，与支架导轨发生相对运动，具体运动的周期过程如下：

步骤1），压电换能器带动摆动鳍由第二工作段朝第一工作段行进；摆动鳍拨水时克服水的阻力，同时弹性薄板的压弯量增大导致其弹性势能也不断储存和增大；

步骤2），压电换能器带动摆动鳍从第二工作段进入到第一工作段中；此时由于变半径导轨的弧线突变、坡度趋缓，压电换能器有绕第一工作段圆心旋转的趋势，在该旋转过程中弹性薄板开始松弛，弹性薄板的弹性势能得以部分释放；

步骤3），由于弹性薄板松弛，其弹性势能释放，弹性薄板的弯曲拱向发生改变，搭向另一侧；加上压电换能器行程速度惯性的影响，压电换能器在弹性薄板的搭压作用下抵着第一工作段顺时针旋转，导致压电换能器与支架导轨的相对倾斜方向与步骤1）相反；此过程压电换能器带动固连的摆动鳍，实现装置摆动的自动反向；

步骤4），由于压电换能器与支架导轨的相对倾斜方向发生改变，压电换能器带动摆动鳍由第一工作段朝第二工作段行进；

步骤5），压电换能器带动摆动鳍沿着支架导轨从第一工作段进入到第二工作段中；弹性薄板的弹性势能进一步释放；

步骤6），压电换能器在第二工作段上朝第三工作段行进，摆动鳍向第三工作段方向拨水；

步骤7），压电换能器带动摆动鳍由第二工作段朝第三工作段行进，摆动鳍向第三工作段方向拨水，弹性薄板的弹性势能不断存储和增大；

步骤8），压电换能器带动摆动鳍从第二工作段进入到第三工作段中，此时由于变半径导轨的弧线突变、坡度趋缓，压电换能器有绕第三工作段圆心旋转的趋势，在该旋转过程中弹性薄板开始松弛，弹性薄板的弹性势能得以部分释放；

步骤9），由于弹性薄板松弛，其弹性势能释放，弹性薄板的弯曲拱向发生改变，搭向另一侧；加上压电换能器行程速度惯性的影响，压电换能器在弹性薄板的搭压作用下抵着第三工作段逆时针旋转，导致压电换能器与支架导轨的相对倾斜方向与步骤7）相反；此过程压电换能器带动固连的摆动鳍，实现装置摆动的自动反向；

步骤10），由于压电换能器与支架导轨的相对倾斜方向发生改变，压电换能器带动摆动鳍由第三工作段朝第二工作段行进；

步骤11），压电换能器带动摆动鳍沿着支架导轨从第三工作段进入到第二工作段中；弹性薄板的弹性势能进一步释放。