[發(fā)明專利]一種蝶泳式二次沖擊慣性壓電驅(qū)動(dòng)器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110343254.3
• 申請(qǐng)日: 2021-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN112910306A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董景石;張博聞;徐智;劉暢;曹義
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/00
• 分類號(hào): H02N2/00;H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 長(zhǎng)春市恒譽(yù)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發(fā)明涉及一種蝶泳式二次沖擊慣性壓電驅(qū)動(dòng)器，包括底座、導(dǎo)軌、柔性機(jī)構(gòu)、壓電元件、質(zhì)量塊、動(dòng)子。壓電元件基于壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，改變壓電陶瓷片模態(tài)，使兩側(cè)質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)，利用慣性原理驅(qū)動(dòng)主質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)，模擬蝶泳姿勢(shì)產(chǎn)生直線位移。利用柔性鉸鏈的時(shí)滯效應(yīng)，后質(zhì)量塊產(chǎn)生與主質(zhì)量塊不同步的運(yùn)動(dòng)延遲，對(duì)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生二次沖擊效果。易于控制，較易實(shí)現(xiàn)大行程運(yùn)動(dòng)且具有無電磁干擾、結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧的特點(diǎn)。目前，在納米技術(shù)、光學(xué)儀器、微操作領(lǐng)域由良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精密機(jī)械領(lǐng)域，特別涉及一種蝶泳式二次沖擊慣性壓電驅(qū)動(dòng)器，可用于納米技術(shù)、光學(xué)儀器、微操作領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一種基于壓電材料的逆壓電效應(yīng)來控制其機(jī)械形變進(jìn)而輸出力和位移的精密驅(qū)動(dòng)技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高精確度、高分辨率、抗電磁干擾等特點(diǎn).壓電驅(qū)動(dòng)器主要包括超聲壓電驅(qū)動(dòng)器與準(zhǔn)靜態(tài)壓電驅(qū)動(dòng)器。其中超聲壓電驅(qū)動(dòng)器工作在超聲頻段內(nèi)，需要配備專用的高頻電源.。準(zhǔn)靜態(tài)壓電驅(qū)動(dòng)器包括慣性壓電驅(qū)動(dòng)器和尺蠖壓電驅(qū)動(dòng)器等，其中慣性壓電驅(qū)動(dòng)器一般采用壓電堆疊來驅(qū)動(dòng)抗拉能力較差，且無法工作在共振狀態(tài)下，效率較低。

針對(duì)上述問題，需要改進(jìn)慣性壓電驅(qū)動(dòng)器的激振模式，并通過分析驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)原理對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中能量的再次利用提供方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種蝶泳式二次沖擊慣性壓電驅(qū)動(dòng)器，解決現(xiàn)有技術(shù)上存在的上述問題。本發(fā)明利用質(zhì)量塊的慣性原理在壓電陶瓷片的模態(tài)變化時(shí)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，模擬出蝶泳泳姿的運(yùn)動(dòng)模型；并且通過柔性鉸鏈連接的后質(zhì)量塊利用柔性鉸鏈的遲滯效應(yīng)在原有的一次沖擊運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生延時(shí)性的二次沖擊運(yùn)動(dòng)；同時(shí)利用與主質(zhì)量塊連接的滑動(dòng)導(dǎo)軌的導(dǎo)向作用，實(shí)現(xiàn)了直線位移輸出效率的提高。本發(fā)明提出的蝶泳式慣性壓電驅(qū)動(dòng)器解決了慣性壓電驅(qū)動(dòng)器的壓電疊堆問題，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可工作于共振頻率、效率較高等特點(diǎn)。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

蝶泳式二次沖擊慣性壓電驅(qū)動(dòng)器，通過柔性鉸鏈和質(zhì)量塊產(chǎn)生二次沖擊效果，提高驅(qū)動(dòng)效率；包括底座1、滑動(dòng)導(dǎo)軌2、主質(zhì)量塊3、側(cè)質(zhì)量塊4、后質(zhì)量塊5、壓電元件6、柔性機(jī)構(gòu)7、動(dòng)子8,主質(zhì)量塊3帶有兩個(gè)安裝部位用于安裝柔性鉸鏈7、動(dòng)子8，主質(zhì)量塊3兩側(cè)伸出梁用來安裝壓電元件6，另外底部還帶有四個(gè)螺紋孔用以將整個(gè)機(jī)構(gòu)安裝在滑動(dòng)導(dǎo)軌2上；工作過程中受到電信號(hào)的作用，壓電元件6驅(qū)動(dòng)主質(zhì)量塊3、側(cè)質(zhì)量塊4、后質(zhì)量塊5在滑動(dòng)導(dǎo)軌2產(chǎn)生慣性運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)固定于主質(zhì)量塊3上的動(dòng)子8運(yùn)動(dòng)。

所述壓電元件6安裝在主質(zhì)量塊3的伸出梁兩側(cè)，伸出梁末端連接兩側(cè)質(zhì)量塊，工作過程中受到電信號(hào)激勵(lì)的作用，壓電元件6產(chǎn)生模態(tài)改變，使兩側(cè)質(zhì)量塊產(chǎn)生緩慢向前快速停止的運(yùn)動(dòng)，兩側(cè)質(zhì)量塊4由于慣性將保持原來狀態(tài)繼續(xù)向前，從而帶動(dòng)主質(zhì)量塊3產(chǎn)生慣性運(yùn)動(dòng)。

所述柔性鉸鏈7固定于主質(zhì)量塊3上，另一端同時(shí)固定后質(zhì)量塊5。在運(yùn)動(dòng)過程中將主質(zhì)量塊3的運(yùn)動(dòng)傳遞到后質(zhì)量塊5上，由于柔性鉸鏈的時(shí)滯效應(yīng)將使后質(zhì)量塊5產(chǎn)生與主質(zhì)量塊3不同步的延遲，從而使后質(zhì)量塊5產(chǎn)生對(duì)機(jī)構(gòu)的二次沖擊運(yùn)動(dòng)。

所述動(dòng)子8固定于主質(zhì)量塊3上方，在伸出梁上的壓電元件6受到電信號(hào)激勵(lì)產(chǎn)生緩慢向前快速停止的模態(tài)改變，而與之連接的側(cè)質(zhì)量塊由于慣性將保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而使主質(zhì)量塊克服自身的摩擦力產(chǎn)生向前的運(yùn)動(dòng)；

所述的側(cè)質(zhì)量塊4使機(jī)構(gòu)整體類似蝶泳泳姿的運(yùn)動(dòng)模型，利用柔性鉸鏈7將運(yùn)動(dòng)傳遞至后質(zhì)量塊5。由于柔性鉸鏈的時(shí)滯效應(yīng)，后質(zhì)量塊5將在一定的延遲后利用自身的慣性對(duì)主質(zhì)量塊3產(chǎn)生二次沖擊運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果在于：利用壓電陶瓷片的形變避免了壓電疊堆效率較低，強(qiáng)度較弱的問題；利用柔性鉸鏈的時(shí)滯效應(yīng)產(chǎn)生的二次沖擊提高機(jī)構(gòu)的效率；在醫(yī)療器械、顯微操作和光學(xué)儀器領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。

附圖說明