一种基于叠层压电陶瓷的双驱动杆放大式直线作动器的制作方法

本实用新型涉及压电精密作动器应用技术领域，特别涉及一种基于叠层压电陶瓷的双驱动杆放大式直线作动器。

背景技术：

现有压电直线作动器中，因压电陶瓷的输出位移只有微米级，不能满足特定情形下的需求，所以需要放大机构对压电陶瓷的输出位移进行放大输出。在现有放大技术原理中，主要包括三角放大、杠杆放大、铰链放大等。由于杠杆在微米输入情形下线性输出，在满足放大位移的条件下且能够使得位移输出方向保持一致，所以在微位移放大领域受到广泛应用，但由于特定情况下，在有限空间要满足一定的放大倍数，因单独的杠杆要想满足其放大倍数条件，往往空间条件不能满足。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于叠层压电陶瓷的双驱动杆放大式直线作动器，压电陶瓷作为主要驱动元件，产生微位移；二级杠杆作为主要放大元件，对压电陶瓷产生的微位移进行放大，且具有在微位移输入下具有线性输出特性。它解决了现有杠杆放大式结构技术中输入输出位移比较小，不满足大行程要求等问题。

为实现上述目的，本实用新型提供以下的技术方案：一种基于叠层压电陶瓷的双驱动杆放大式直线作动器，包括底板、定子和动子，定子固定在底板的一侧，动子设置在底板的另一侧，动子相对于底板滑动，动子内设有双驱动杆、联动机构和叠层压电陶瓷组，动子内设有空槽和驱动槽，双驱动杆机构设置在空槽的中间位置，联动机构包括联动杆，联动杆对称设置在双驱动杆机构的两侧，驱动槽相对于联动杆和双驱动连杆设置在空槽的边部，叠层压电陶瓷组设置在驱动槽内，联动杆相对于空槽顶部、叠层压电陶瓷组和双驱动连杆柔性铰接，双驱动连杆相对于空槽底部、叠层压电陶瓷组和联动杆柔性铰接，双驱动连杆相对于定子的端部设有陶瓷球驱动足。

优选的，所述底板上表面对称设有V型槽，动子的下表面对应V型槽设有V型导轨。

优选的，所述底板在两个V型槽之间设有预压块，预压块和动子之间设有弹性结构，预压块和双驱动杆机构相接触。

优选的，所述弹性结构包括预紧螺栓和预紧弹簧，动子在对应位置设有定位孔，预紧弹簧设置在定位孔内，预紧弹簧与预压块相接触，预紧螺栓穿过预紧弹簧与预压块螺纹连接。

优选的，所述动子对应驱动槽设有测微头，测微头相对于动子螺纹连接，测微头通过预紧球和压电陶瓷垫片与叠层压电陶瓷组相接触。

优选的，所述定子对应双驱动杆机构的位置设有耐磨陶瓷条。

采用以上技术方案的有益效果是：本实用新型结构的基于叠层压电陶瓷的双驱动杆放大式直线作动器，双驱动杆机构采用对称式分布结构，有利于双向稳定输出叠层压电陶瓷的输出位移；驱动元采用的是叠层压电陶瓷，输出位移和输出力都较大，因其位移一般为微米级，故定位精度高；采用的V型槽-V型导轨结构，结构稳定；采用的测微头，有利于定量地给叠层压电陶瓷施加预压力，保证叠层压电陶瓷的输出性能。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的动子内部的结构示意图；

图3是本实用新型动子和底板内的结构示意图；

图4是本实用新型在一个周期内工作原理示意图。

其中，1--底板、2--定子、3--V型槽、4--V型导轨、5--双驱动连杆、6--预压块、7--预紧螺钉、8--预紧弹簧、9--叠层压电陶瓷组、10--测微头、11--压电陶瓷垫片、12--预紧球、13--耐磨陶瓷条、14--动子、15--联动杆、16--陶瓷球驱动足。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施方式。

从图4中，可看出定子有四处位置需放置叠层压电陶瓷组，因定子放置结构和对称性结构及叠层压电陶瓷组放置方法一致，故只在图1、图2和图3中显出定子结构一半的放置叠层压电陶瓷组特征，且只对其中一处进行说明，其他三个位置放置方法同理。

图1、图2和图3出示本实用新型的具体实施方式：一种基于叠层压电陶瓷的双驱动杆放大式直线作动器，包括底板1、定子2和动子14，定子2固定在底板1的一侧，动子14设置在底板1的另一侧，动子14相对于底板1滑动，动子14内设有双驱动杆、联动机构和叠层压电陶瓷组9，动子14内设有空槽和驱动槽，双驱动杆机构设置在空槽的中间位置，联动机构包括联动杆15，联动杆15对称设置在双驱动杆机构的两侧，驱动槽相对于联动杆15和双驱动连杆5设置在空槽的边部，叠层压电陶瓷组9设置在驱动槽内，联动杆15相对于空槽顶部、叠层压电陶瓷组9和双驱动连杆5柔性铰接，双驱动连杆5相对于空槽底部、叠层压电陶瓷组9和联动杆15柔性铰接，双驱动连杆5相对于定子2的端部设有陶瓷球驱动足16。

底板1上表面对称设有V型槽3，动子14的下表面对应V型槽3设有V型导轨4，底板1在两个V型槽3之间设有预压块6，预压块6和动子14之间设有弹性结构，预压块6和双驱动杆机构相接触。

弹性结构包括预紧螺栓7和预紧弹簧8，动子14在对应位置设有定位孔，预紧弹簧8设置在定位孔内，预紧弹簧8与预压块6相接触，预紧螺栓7穿过预紧弹簧8与预压块6螺纹连接。

动子14对应驱动槽设有测微头10，测微头10相对于动子14螺纹连接，测微头10通过预紧球12和压电陶瓷垫片11与叠层压电陶瓷组9相接触，定子2对应双驱动杆机构的位置设有耐磨陶瓷条13。

本实用新型所述的基于二级杠杆放大的双足压电直线作动器，作为驱动元件的四个叠层压电陶瓷安装在定子各个位置，通过测微头施加一定的预紧力；定子整体固定在V型导轨上，V型导轨能在V型槽上运动，通过对预压螺钉施加一定的扭矩，使得定子上的二级杠杆前端与动子上的耐磨陶瓷条接触；完成对叠层压电陶瓷施加预紧力和对定子施加预压力后，可分别按照附图4的工作原理对叠层压电陶瓷施加激励电压即可完成作动器周期动作，下面对工作原理进行描述：

工作原理如图4所示，图中a,b,c,d分别对应不同的工作状态，a、b分别对应两个陶瓷球驱动足，整个压电作动器共有四块叠层压电陶瓷组，编号依次为1、2、3和4。压电作动器在一个周期内工作过程描述如下：

在a状态下，陶瓷组2被施加激励电压，产生位移，由柔性铰链和杠杆传递位移，使得驱动足I与导轨接触并压紧。

从a状态变化至b状态的过程中，在陶瓷组2受激励电压不变的情况下，陶瓷组1和3同时被施加激励电压，分别产生位移，由柔性铰链和杠杆传递位移。陶瓷组1产生的位移使得驱动足带动导轨沿X轴向右运动α位移；陶瓷组3产生的位移使得驱动足沿X轴向左运动α位移。

从b状态变化至c状态的过程中，在陶瓷组1和3受激励电压不变的情况下，移除陶瓷组2上的激励电压，给陶瓷组4施加激励电压。陶瓷组2恢复原本状态，产生回缩使得驱动足I与导轨脱离接触；陶瓷组4产生位移，使驱动足II与导轨接触并压紧。

从c状态变化至d状态的过程中，在陶瓷组4受激励电压不变的情况下，分别移除陶瓷组1和3上的激励电压。陶瓷组1恢复原本状态；因驱动足II与导轨接触，陶瓷组3产生的回缩将带动导轨沿X轴向右移动α位移。

因此，在一个周期内，导轨将沿着X轴向右移动2α位移，即压电作动器的一个周期内的行程。其中，因叠层压电陶瓷可以在直流电压(大于零)下正常工作，故只需按照上述周期内给四组压电陶瓷施加电压值为A的激励电压即可，这里只对作动器的工作原理进行描述，对其激励电压不作详细描述。

本实用新型结构的基于叠层压电陶瓷的双驱动杆放大式直线作动器，双驱动杆机构采用对称式分布结构，有利于双向稳定输出叠层压电陶瓷的输出位移；驱动源采用的是叠层压电陶瓷，输出位移和输出力都较大，因其位移一般为微米级，故定位精度高；采用的V型槽-V型导轨结构，结构稳定；采用的测微头，有利于定量地给叠层压电陶瓷施加预压力，保证叠层压电陶瓷的输出性能。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。