一种贴片式驻波旋转型压电作动器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种压电作动器，尤其涉及一种贴片式驻波旋转型压电作动器，属于压电精密致动技术领域。
【背景技术】
[0002]压电作动器是利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体产生微幅振动，并通过定、转子之间的摩擦将其转换为转子的回转运动，驱动负载，是一种全新概念的微型作动器。目前的压电作动器主要以压电超声电机、压电叠堆驱动器等为代表，而压电超声电机作为一种共振式压电作动器，已经在航空航天、武器、生物医学、光学、机器人等领域推广应用并产业化。大部分的压电超声电机都是采用两相模态耦合的原理进行工作，即定子系统采用纵弯模态耦合或者纵扭模态耦合或者弯弯模态耦合或者弯扭模态耦合，而最为典型的是驻波直线/旋转型压电超声电机，在两相模态一致的情况下能输出较大的速度与推力，近年来受到了研究人员的青睐。尽管两相模态耦合型压电超声电机具有许多优点，但是这类作动器也存在致命缺点，就是两相模态频率一致性问题始终没法解决。即使通过仿真计算优化结构尺寸能够最大限度减少两相模态的频率差，但是无法完全使两相模态频率一致，并且由于加工装配误差，导致两相工作模态始终存在一定的差异，因此作动器的驱动控制部分变得复杂，同时性能也大打折扣。为了解决压电作动器频率一致性的问题，本发明提出了一种贴片式驻波旋转型压电作动器，采用了两个同形的定子组件，利用两相纵向振动模态在时间和空间上存在η /2相位差来驱动圆柱滚轴旋转，解决了两相模态频率不一致的问题，具有结构简单、紧凑、易于加工、装配和微型化的特点。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是针对【背景技术】的不足提出了一种贴片式驻波旋转型压电作动器，其解决了传统压电作动器存在的两相模态频率不一致的问题，具有结构简单、紧凑、易于加工、装配和微小型化的特点。
[0004]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种贴片式驻波旋转型压电作动器，包含圆柱滚轴4和两个相对位置错开的同形定子组件，所述定子组件包含压电陶瓷片2和矩形板3，所述压电陶瓷片2设置在矩形板3的表面，所述圆柱滚轴4设置在两个定子组件之间；其中，所述压电陶瓷片2用于接收电信号激励定子组件产生2n+l阶纵向振动模态，其中，η多I且η为整数。
[0005]作为本发明一种贴片式驻波旋转型压电作动器的进一步优选方案，在所述定子组件上还设有多个固定装置1，且均匀分布在定子组件纵向振动的节线位置上，所述固定装置I用于固定和调节两个定子组件与圆柱滚轴4之间的接触压力。
[0006]作为本发明一种贴片式驻波旋转型压电作动器的进一步优选方案，所述压电陶瓷片2粘贴在矩形板3与圆柱滚轴4接触面相对的表面，并且位于矩形板3的纵向振动模态的节面处。
[0007]作为本发明一种贴片式驻波旋转型压电作动器的进一步优选方案，在与圆柱滚轴4接触位置的两个定子组件上还设有用于固定圆柱滚轴4的V型凹槽3.4。
[0008]作为本发明一种贴片式驻波旋转型压电作动器的进一步优选方案，所述压电陶瓷片2为矩形压电陶瓷片，并且沿长度方向进行极化。
[0009]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
本发明提出了一种贴片式驻波旋转型压电作动器，采用了两个同形的定子组件，利用其结构以及振动特性的一致性特点，解决了传统压电作动器单一定子组件存在的两相模态频率不一致的问题，具有结构简单、紧凑、易于加工、装配和微小型化的特点。
【附图说明】
[0010]图1是本发明贴片式旋转型压电作动器的结构示意图；
图2是本发明贴片式旋转型压电作动器的结构简图；
图3是本发明贴片式旋转型压电作动器圆柱滚轴的局部安装细节图；
图4是本发明贴片式旋转型压电作动器t=0时的工作状态示意图；
图5是本发明贴片式旋转型压电作动器t=l/4T时的工作状态示意图；
图6是本发明贴片式旋转型压电作动器t=l/2T时的工作状态示意图；
图7是本发明贴片式旋转型压电作动器t=3/4T时的工作状态示意图；
图8是本发明可变预压力的周期性变化曲线；
图9是本发明可变摩擦推力的周期性变化曲线。
[0011]其中:1-固定装置，2-压电陶瓷片，3-矩形块，4-圆柱滚轴，3.1-定子组件纵向振动的节线，3.2-定子组件纵向振动的波峰，3.3-定子组件纵向振动的波谷，3.4-V型凹槽。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1所示，本发明提出了一种贴片式驻波旋转型压电作动器，一种贴片式驻波旋转型压电作动器，包含圆柱滚轴(4)和两个相对位置错开的同形定子组件，所述定子组件包含压电陶瓷片(2)和矩形板(3)，所述压电陶瓷片(2)设置在矩形板(3)的表面，所述圆柱滚轴(4)设置在两个定子组件之间；其中，所述压电陶瓷片(2)用于接收电信号激励定子组件产生2n+l阶纵向振动模态，n ^ 1，η为整数，在所述定子组件上还设有多个固定装置(1)，且均匀分布在定子组件纵向振动的节线位置上，所述固定装置(I)用于固定和调节两个定子组件与圆柱滚轴(4)之间的接触压力，所述压电陶瓷片(2)粘贴在矩形板(3)与圆柱滚轴
(4)接触面相对的表面，并且位于矩形板(3)的纵向振动模态的节面处，在与圆柱滚轴(4)接触位置的两个定子组件上还设有用于固定圆柱滚轴(4)的V型凹槽(3.4)，所述压电陶瓷片(2 )为矩形压电陶瓷片，并且沿长度方向进行极化。
[0013]本发明提出了一种贴片式驻波旋转型压电作动器，采用了两个同形的定子组件，利用其结构以及振动特性的一致性特点，解决了传统压电作动器单一定子组件存在的两相模态频率不一致的问题，具有结构简单、紧凑、易于加工、装配和微小型化的特点。
[0014]贴片式旋转型压电作动器的结构简图如图2所示，两个同形定子组件具有相同的结构以及振动特性，其中压电陶瓷片沿着长度方向上极化，并粘贴在矩形板与圆柱滚轴接触面相对的表面，其粘贴位置为定子组件纵向振动的节面处。
[0015]圆柱滚轴的局部安装细节图如图3所示，圆柱滚轴的具体位置是位于上定子组件纵向振动的节面处和下定子组件纵向振动的波峰(3.2)或波谷处(3.3);同时，为了使圆柱滚轴固定在上述位置，在上、下定子组件与圆柱滚轴接触的位置设置了 V型凹槽。
[0016]定子组件由压电陶瓷片与矩形板组成，其中压电陶瓷片设置在矩形板的表面，圆柱滚轴设置在两个定子组件之间，矩形板可根据应用设计为矩形梁或者圆柱杆，同样压电陶瓷片根据矩形板的结构变化而重新设计，两个同形定子组件具有相同的结构以及振动特性。
[0017]当压电陶瓷片被施加电信号后会激发出定子组件的2η+1 (η多1，η为正整数)阶纵向振动模态。所述两个同形的定子组件分别设置在圆柱滚轴的上下区域，分别为上定子组件和下定子组件，其中上、下定子组件分别在正弦电压或余弦电压的激励下产生2η+1(η多1，η为正整数)阶纵向振动模态。所述圆柱滚轴设置在两个定子组件的中间，并且两个定子组件的位置错开，具体位置是位于上定子组件纵向振动的节面处和下定子组件纵向振动的波峰或波谷处，同时，为了使圆柱滚轴固定在上述位置，在两个定子组件与圆柱滚轴接触的位置设置了 V型凹槽。所述固定装置放置在定子组件的节面位置，并且在节线位置上均匀分布，用于固定和调节上下定子组件与圆柱滚轴之间的接触压力。所述圆柱滚轴始终与上定子组件的纵向振动节面位置接触，而与下定子组件的纵向振动波峰或波谷位置交替接触，其中与上定子组件的纵向振动波峰或者波谷位