[發明專利]基于菱形環楔塊一體化鉗位的U型步進壓電作動器及方法

有效

• 申請號: 201610898548.1
• 申請日: 2016-10-14
• 公開（公告）號: CN106301067B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 邵妍;徐明龍;陳楠;雷俊琪
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 何會俠

1.一種基于菱形環楔塊一體化鉗位的U型步進壓電作動器，其特征在于：包括外殼(1)，與外殼(1)通過導軌配合的U型桿件(7)以及通過矩形截面梁(8)固定在外殼(1)內部中間處的菱形環楔塊一體化鉗位機構(15)；所述U型桿件(7)的左側長桿(2)在靠近U型桿件(7)的輸出底平面(5)的下部嵌有長軸沿左側長桿(2)長度方向的菱形驅動機構(3)，該菱形驅動機構(3)沿長軸方向過盈配合有驅動壓電堆(4)；所述菱形環楔塊一體化鉗位機構(15)的縱向對稱軸處設置有矩形截面梁(8)，該矩形截面梁(8)兩端分別與外殼(1)內表面固接，矩形截面梁(8)兩側分別是左鉗位菱形環(9)和右鉗位菱形環(12)，所述左鉗位菱形環(9)和右鉗位菱形環(12)的長軸方向與矩形截面梁(8)的長度方向一致，其內部沿長軸方向分別過盈配合有左鉗位壓電堆(10)和右鉗位壓電堆(13)，左鉗位菱形環(9)的左側是一體成型的左楔塊(11)，其能夠與U型桿件(7)的左側長桿(2)內的楔形槽面緊密接觸，右鉗位菱形環(12)的右側是一體成型的右楔塊(14)，其能夠與U型桿件(7)的右側長桿(6)內的楔形槽面緊密接觸。

2.根據權利要求1所述基于菱形環楔塊一體化鉗位的U型步進壓電作動器，其特征在于：所述菱形環楔塊一體化鉗位機構(15)能夠采用慢走絲線切割工藝加工。

3.根據權利要求1所述基于菱形環楔塊一體化鉗位的U型步進壓電作動器，其特征在于：在裝配完成時，所述左楔塊(11)和U型桿件(7)的左側長桿(2)的接觸楔面將受到外殼(1)和左菱形環的擠壓，兩者之間能夠產生較大的靜摩擦力，在斷電情況下實現可靠的鉗位；同理，所述右楔塊(14)和U型桿件(7)的右側長桿(6)的接觸楔面將受到外殼和右菱形環的擠壓，兩者之間能夠產生較大的靜摩擦力，在斷電情況下實現可靠的鉗位。

4.根據權利要求1所述基于菱形環楔塊一體化鉗位的U型步進壓電作動器，其特征在于：所述菱形驅動機構(3)的剛度能夠通過作動器的幾何參數設計來調整，以保證足夠的回彈拉力。

5.權利要求1所述的基于菱形環楔塊一體化鉗位的U型步進壓電作動器的作動方法，其特征在于：初始狀態時，左鉗位壓電堆(10)、右鉗位壓電堆(13)及驅動壓電堆(4)均處于掉電狀態，此時U型桿件(7)處于鉗位狀態；為使U型桿件(7)的輸出底平面(5)向上運動輸出拉力，第一步，左鉗位壓電堆(10)通電，其沿左鉗位菱形環(9)的長軸方向伸長，使得左鉗位菱形環(9)短軸向矩形截面梁(8)運動，從而帶動左楔塊(11)遠離左側長桿(2)，此時左側長桿(2)解鎖；第二步，驅動壓電堆(4)通電伸長，菱形驅動機構(3)產生彈性變形帶動左側長桿(2)向上運動一個步距；第三步，左鉗位壓電堆(10)掉電回縮使得左側長桿(2)恢復鉗位；第四步，右鉗位壓電堆(13)通電，其沿右鉗位菱形環(12)的長軸方向伸長，使得右鉗位菱形環(12)短軸向矩形截面梁(8)運動，從而帶動右楔塊(14)遠離右側長桿(6)，此時右側長桿(6)解鎖；第五步，驅動壓電堆(4)掉電回縮，菱形驅動機構(3)彈性變形恢復，其恢復力帶動U型桿件(7)的輸出底平面(5)和右側桿件向上運動一個步距；第六步，右鉗位壓電堆(13)掉電回縮使得右側桿件鉗位，恢復到初始狀態；重復步驟一到六，輸出底平面(5)以步進方式向上運動驅動負載；為使U型桿件(7)的輸出底平面(5)向下運動輸出壓力，第一步，右鉗位壓電堆(13)通電，其沿右鉗位菱形環(12)的長軸方向伸長，使得右鉗位菱形環(12)短軸向矩形截面梁(8)運動，從而帶動右楔塊(14)遠離右側長桿(6)，此時右側長桿(6)解鎖；第二步，驅動壓電堆(4)通電伸長，菱形驅動機構(3)產生彈性變形，帶動U型桿件(7)的輸出底平面(5)和右側桿件向下運動一個步距；第三步，右鉗位壓電堆(13)掉電回縮使得右側長桿(6)鉗位；第四步，左鉗位壓電堆(10)通電，其沿左鉗位菱形環(9)的長軸方向伸長，使得左鉗位菱形環(9)短軸向矩形截面梁(8)運動，從而帶動左楔塊(11)遠離左側長桿(2)，此時左側長桿(2)解鎖；第五步，驅動壓電堆(4)掉電回縮，菱形驅動機構(3)彈性變形恢復，其恢復力帶動左側長桿(2)向下運動一個步距；第六步，左鉗位壓電堆(10)掉電回縮使得左側桿件鉗位，恢復到初始狀態；重復步驟一到六，輸出底平面(5)以步進方式向下運動驅動負載。