[發明專利]一種采用柔性放大結構的疊層式壓電制動器及其工作方法

有效

• 申請號: 201410188165.6
• 申請日: 2014-05-06
• 公開（公告）號: CN103994159A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 陳超;王寅;陳海鵬;趙淳生
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F16D51/00
• 分類號: F16D51/00;F16D65/14;F16D121/18;F16D131/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域：

本發明涉及一種采用柔性放大結構的疊層式壓電制動器及其工作方法，其屬于超聲電機領域中的壓電執行器。

背景技術：

摩擦式離合制動裝置在機械傳動中是不可缺少的執行機構，要求能輸出盡量大的制動力矩、同時消耗較少的能源且產生不大的位移。在工業制動器和汽車制動器領域通常要求較大的力矩，對精度和功耗等要求無特定要求，因此多采用電磁式作動器來驅動制動部件運動而實現抱緊，形成制動力(矩)。由于電磁作動的機理所致，帶來了系統比較復雜、有電磁干擾、難以微小化和控制的缺點，使其在一些要求對制動效果實現精確控制的場合難以得到應用。例如，在航天器的精密軸系里，不僅對制動系統的體積、重量和功耗提出了更高要求，對傳動力實現高分辨率的控制、即軸的轉速實現無級調控，還要求制動系統具良好的有電磁兼容性——這都是傳統的電磁式制動器難以滿足的。

壓電式制動器是利用壓電陶瓷的逆壓電效應來實現電能到機械能轉換的新型動力輸出裝置，能夠在體積、重量和輸出力之間達到良好平衡，而且沒有電磁兼容的問題。然而，盡管壓電陶瓷能夠輸出大的推力，但其直接輸出的位移很小(納米級)，很難直接用于推動制動盤實現制動效果。而采用普通機構的放大效果有限(最多幾倍)，不能獲得數量級的放大，實現較大的位移輸出比較困難。此外，微小的位移輸出對制動器裝配精度要求極高，因此，之前的壓電制動僅止步于構想與概念，尚缺乏真正應用的可行性。

發明內容：

本發明提供一種體積小，易于加工、裝配和使用，無電磁干擾、響應快、易控制的采用柔性放大結構的疊層式壓電制動器及其工作方法。

本發明采用如下技術方案：一種采用柔性放大結構的疊層式壓電制動器，其包括非旋轉部件、安裝于非旋轉部件中的制動器支架、圓環、鍵、制動盤及旋轉部件，所述圓環位于非旋轉部件中且圓環的內圓與制動器支座通過鍵相連并定位，所述制動盤的內圓與圓環的外圓相間隙配合，所述旋轉部件安裝于圓環上方且與制動盤相固連，所述采用柔性放大結構的疊層式壓電制動器還包括有嵌設于所述圓環中的疊層壓電陶瓷、設置于所述疊層壓電陶瓷一側的用以提供預緊力的楔塊及對所述疊層壓電陶瓷的伸長位移進行放大和控制的等腰三角位移放大結構。

所述疊層壓電陶瓷共包括有三對，且每對疊層壓電陶瓷上均設置有一個等腰三角位移放大結構。

所述制動器支架為階梯狀，所述圓環與制動器支座的最上層階梯相連并定位。

所述采用柔性放大結構的疊層式壓電制動器還包括有安裝于所述制動盤的外圓環上軸承。

本發明采用如下技術方案：一種采用柔性放大結構的疊層式壓電制動器的工作方法，其包括如下步驟：

1)將疊層壓電陶瓷嵌于圓環內部，圓環的內圓與制動器支座通過鍵連接定位；

2)圓環的外圓與制動盤的內圓間隙配合；

3)通過對疊層壓電陶瓷施加電壓引起疊層壓電陶瓷的伸長以使得圓環發生的變形，通過等腰三角位移放大結構對疊層壓電陶瓷的伸長位移進行的放大和控制，使得圓環的外圓與制動盤的內圓緊密接觸，摩擦制動。

步驟3)中通過調節疊層壓電陶瓷的輸入電壓和頻率進而控制圓環外圓與制動盤內圓的接觸摩擦力，通過改變制動盤的轉速進而實現旋轉部件轉速的無級調控。

本發明具有如下有益效果：

(1).本發明通過等腰三角位移放大柔性結構設計來對疊層壓電陶瓷誘發的變形放大，可確保輸出較大的位移和力，通過主從裝配結構的設計簡化了制動器在應用系統上的安裝精度；

(2).通過調節疊層壓電陶瓷的激勵電壓和頻率，實現對制動力的精密控制；

(3).在裝配上，通過保證圓環外圓與制動盤內圓的間隙配合精度，降低了壓電制動器對應用系統的裝配精度要求，提高了壓電制動器的應用范圍；

(4).利用疊層壓電陶瓷低電壓激勵、大推力、響應快的特點，使得制動器能夠在毫秒時間范圍內實現制動盤抱緊和釋放之間交替；

(5).與現有技術相比，本發明還具有更大推重比、更高的制動效率以及更易微型化等優點。

附圖說明：

圖1是壓電制動器的結構示意圖。

圖2是圓環截面圖。

圖3是圓環受力變形方式。

圖4是圓環內部等腰三角位移放大結構示意圖。

其中：

1、旋轉部件，2、圓環，3、制動盤，4、軸承，5、鍵，6、制動器支座，7、非旋轉部件，8、疊層壓電陶瓷，9、楔塊。

具體實施方式：