[發明專利]一種基于雙穩態梁的大位移壓電作動器及作動方法

有效

• 申請號: 201810028443.X
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108092546B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 范永晨;吳瑩;徐明龍;王龍飛;黃賀賀
• 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
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種基于雙穩態梁的大位移壓電作動器，其特征在于：包括外殼(1)、壓電堆(2)、彈簧(3)、并聯型雙穩態梁(4)和質量塊(5)；所述壓電堆(2)一端通過過盈配合固定于外殼(1)的方形凹槽中，壓電堆(2)另一端與彈簧(3)一端粘貼在一起，彈簧(3)另一端與并聯型雙穩態梁(4)上的質量塊(5)粘貼在一起，并聯型雙穩態梁(4)兩端分別固定在外殼(1)的上下兩端，初始狀態下，并聯型雙穩態梁(4)向內彎曲；

所述外殼(1)中線、壓電堆(2)中線、彈簧(3)中線與并聯型雙穩態梁(4)中點在同一直線上；所述彈簧(3)在初始狀態下處于壓縮狀態，彈簧(3)的剛度滿足在初始壓縮量時，彈簧(3)的彈力小于并聯型雙穩態梁(4)的屈曲臨界作用力。

2.根據權利要求1所述的一種基于雙穩態梁的大位移壓電作動器，其特征在于：所述并聯型雙穩態梁(4)的初始形狀為其中h表示并聯型雙穩態梁(4)的拱高，L表示并聯型雙穩態梁(4)的長度；質量塊(5)對并聯型雙穩態梁(4)的形變影響忽略不計。

3.根據權利要求1所述的一種基于雙穩態梁的大位移壓電作動器，其特征在于：所述壓電堆(2)另一端與彈簧(3)一端采用粘貼劑7649促進劑和326結構膠緊密粘貼在一起，彈簧(3)另一端與并聯型雙穩態梁(4)上的質量塊(5)采用粘貼劑7649促進劑和326結構膠緊密粘貼在一起。

4.一種如權利要求1所述的基于雙穩態梁的大位移壓電作動器的作動方法，其特征在于：未通電時，壓電堆(2)處于原始狀態，彈簧(3)和并聯型雙穩態梁(4)不動作；為使并聯型雙穩態梁(4)發生屈曲跳轉，從而使質量塊(5)產生大位移，第一步，對壓電堆(2)通電，壓電堆(2)在逆壓電效應下變形伸長，彈簧(3)被進一步壓縮，彈簧(3)的壓縮恢復力超過并聯型雙穩態梁(4)的屈曲臨界載荷時，并聯型雙穩態梁(4)發生屈曲跳轉，帶動質量塊(5)產生大位移，此時，彈簧(3)由壓縮態變為拉伸態，因為并聯型雙穩態梁(4)發生對稱變形，所以彈簧(3)的拉伸恢復力小于并聯型雙穩態梁(4)的屈曲臨界載荷；第二步，斷掉作用在壓電堆(2)上的電壓，則壓電堆(2)迅速恢復原始狀態，彈簧(3)被進一步拉伸，彈簧(3)的拉伸恢復力超過并聯型雙穩態梁(4)的屈曲臨界載荷，并聯型雙穩態梁(4)再次發生屈曲跳轉恢復至初始狀態；重復第一、二步，作動器便能夠實現穩定的雙向作動。