无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置、防抖动控制方法与流程

1.本发明涉及抖动装置技术领域，具体而言，涉及一种无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置、防抖动控制方法。


背景技术：

2.传统压电陶瓷驱动的机械抖动装置一般通过在压电陶瓷上施加交变电压，使被抖动体发生扭摆抖动。该现有的抖动方案虽然机构简单，但是有一个致命的缺点，被抖动的物体会产生一个扭矩(如图4所示，该扭矩为其中，m为扭矩，i为转动惯量，为角位置)，使得被抖动的物体需要安装基座提供反驱动力，这样一来势必造成由于抖动装置的存在也给安装基座造成振动，同时基座需要足够大才能经受得住抖动装置的抖动；另外，在一个设备上使用多个抖动装置，由于抖动装置将振动传递给设备，设备也会将振动传递给抖动装置，造成不同的抖动装置之间的抖动耦合，会影响抖动装置的正常工作。


技术实现要素：

3.本发明公开了一种无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置、防抖动控制方法，结构简单，操作便利，旨在改善上述问题。
4.本发明采用了如下方案：
5.本技术提供了一种无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置，包括被抖动体、抖动弹簧、压电陶瓷，还包括：惯量平衡装置；
6.所述压电陶瓷设置于所述抖动弹簧上；
7.所述被抖动体固定连接所述抖动弹簧，且配置为在所述压电陶瓷被施加交变电压时，能发生扭摆抖动；
8.所述惯量平衡装置连接于所述抖动弹簧下方，其配置为当被抖动体发生抖动时，能产生与之抖动方向相反的抖动惯量。
9.进一步地，所述惯量平衡装置包括平衡块和平衡弹簧，所述平衡弹簧固定在所述抖动弹簧上，所述平衡块连接于所述平衡弹簧上。
10.进一步地，所述抖动弹簧还包括内圈和外圈，所述抖动弹簧的内圈与外圈之间均匀设置有多个辐条，每个所述辐条的相对的两侧均设置有所述压电陶瓷。
11.进一步地，相邻的两个所述辐条之间均设置有一个平衡条，多个所述平衡条形成所述平衡弹簧。
12.进一步地，所述平衡条连接所述内圈且与所述外圈分离。
13.进一步地，所述平衡块与平衡弹簧固定连接。
14.进一步地，所述抖动弹簧和所述平衡弹簧为弹性金属材质制成。
15.进一步地，包括安装基座，所述机械抖动装置安装于所述安装基座上。
16.本发明还提供了一种防振动控制方法，根据上述任意一项所述的无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置，其步骤为：
17.s1:通过抖动控制器对压电陶瓷施加与所述无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置谐振频率相同的激励信号，使被抖动体产生抖动；
18.s2：被抖动体的抖动在惯性的作用下激发平衡块的抖动；其中，所述平衡块摆动的相位滞后于被抖动体，且被抖动体与平衡块抖动的相位差为180度；
19.s3：通过调整平衡块的惯量，被抖动体和平衡块产生的扭转力矩相同。
20.进一步地，通过调整所述平衡块的形状或者质量来调整平衡块的惯量。
21.通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：通过设置惯量平衡装置，使得抖动装置整体可以减少振动，甚至无振动，可以有效降低设备自身抖动带来的问题，提高使用寿命。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
23.图1是本发明实施例的一种无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置的爆炸结构示意图；
24.图2是本发明实施例的一种无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置的整体结构示意图；
25.图3是本发明实施例的一种无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置的抖动弹簧的结构示意图；
26.图4是现有的抖动装置的抖动体的受到的扭矩示意图；
27.图5是本发明实施例的一种无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置的抖动体与平衡块受到的扭矩示意图。
28.图标：被抖动体10、抖动弹簧20、辐条21、内圈22、外圈23、压电陶瓷30、平衡条40、平衡块50、螺钉60。
具体实施方式
29.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于
描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
34.实施例
35.结合图1至图3所示，本实施例提供了一种抖动设备，包括安装基座，还包括一种无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置。这里所述的无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置，包括被抖动体10、抖动弹簧20以及压电陶瓷30，还包括：惯量平衡装置；所述压电陶瓷30设置于所述抖动弹簧20上；所述被抖动体10连接所述抖动弹簧20，且配置为在所述压电陶瓷被施加交变电压时，能发生扭摆抖动；所述惯量平衡装置连接于所述抖动弹簧20下方，其配置为当所述被抖动体10发生抖动时，其能产生与所述被抖动体10的抖动方向相反的抖动惯量。
36.在本实施例中，通过抖动弹簧20和压电陶瓷30驱动所述被抖动体抖动，其运用的是谐振子原理，压电陶瓷30的特性是在压电陶瓷30上加同向电压，即正极加正电压，则压电陶瓷30伸长；若是加反向电压，即正极加负电压，则压电陶瓷30缩短。通过对压电陶瓷30施加与抖动装置谐振频率相同的激励信号，使得压电陶瓷30对辐条的侧边产生伸长或缩短的变化，以实现被抖动体的抖动。施加与抖动装置谐振频率相同的激励信号，则会形成谐振，从而放大抖动效果。这里抖动装置是通过形成多个谐振子，由多个谐振子并联而形成的抖动系统。
37.所述抖动装置为压电驱动抖动装置，所述被抖动体10可以设置为抖动块，当然这仅是被抖动体10的其中一种实施例，还可以是其它需要被抖动的物体，需要抖动的物体与抖动弹簧20固定连接。
38.所述抖动弹簧20固定设置于所述被抖动体10下方，用于驱动所述被抖动体10扭摆抖动。这里所述抖动弹簧20可以设置为一平面板型，其中间设置有一内圈和外圈，内圈22和外圈23之间的区域内镂空，同时在所述内圈22和外圈23之间连接设置有多个绕圆心均匀分布的辐条21，所述辐条21连接所述内圈22和外圈23。抖动弹簧20的内圈22设置有螺孔，用于
与所述被抖动体10通过螺栓或者螺钉60连接。这里所述抖动弹簧20采用弹性金属制成，比如钢、铜等，具有弹性的金属。在这里，所述辐条21设置有6个，这里所述辐条的参数、数量可以根据需要进行调整。
39.所述压电弹簧驱动片设置于每个所述辐条21的两侧，通过在所述压电弹簧驱动片施加交变电压，从而发生形变，进一步使得与之连接的所述抖动弹簧20发生弯曲，以驱动所述被抖动体10发生扭摆抖动。
40.所述惯量平衡装置包括平衡块50和平衡弹簧，所述平衡弹簧固定在所述抖动弹簧20上，所述平衡块50连接于所述平衡弹簧上，且设置于所述抖动弹簧20的下方。具体地，在所述相邻两个所述抖动弹簧20的辐条21之间均设置有一个平衡条40，多个所述平衡条40形成所述平衡弹簧。比如所述抖动弹簧20设置有6个辐条21，则所述平衡弹簧设置有六个平衡条40。这里所述平衡条40连接所述内圈22且与所述外圈23分离。这里所述平衡条与所述外圈23分离才能达到平衡的效果，这里所述平衡条的作用在于，当所述辐条21在压电陶瓷30的作用下摆动时，在惯性力的作用下，平衡块50也会产生摆动，其摆动的角度滞后于被抖动体10，两者在相位上形成一定的差，当相位差为180度，即反向，当被抖动体10和平衡块50产生的扭转力矩相同时，两者就会抵消，表现为整个抖动装置没有对外传递振动。
41.如图5所示，本发明中，以被抖动体10产生的扭矩为m1，平衡块50产生的扭矩为m2，则扭矩计算公式为：
[0042][0043][0044]
其中，i1为被抖动体10的转动惯量，为被抖动体10的角位置；i2为平衡块50的转动惯量，为平衡块50的角位置。
[0045]
在这里，由于被抖动体10与平衡块50产生的扭矩方向相反，则当m1＝m2时，则两者就会抵消，即表现为整个抖动装置没有对外传递振动。
[0046]
在本发明中，所述平衡条40与所述辐条21共同布置在同一圆环区域内，且所述平衡块50也位于相同的圆环区域中，一方面达到了惯量平衡的效果，另一方面也使得结构更加紧凑。
[0047]
所述平衡弹簧也为弹性金属材质制成，比如钢、铜等，这里可以设置所述平衡弹簧与所述抖动弹簧20的材质相同。所述平衡条40可以与所述抖动弹簧20一体成型，也可以后期焊接在所述抖动弹簧20的内圈22上。
[0048]
所述平衡块50设置为圆环状，且位于所述辐条21和所述平衡条40的范围内。即，其位于所述抖动弹簧20的内圈22和外圈23之间的区域下方。这里所述平衡块50可以采用铜材质，铜的比重较大，相同惯量下体积可以较小。当然采用其他金属材质也在本发明的保护范围内。这里平衡块50的目的是获得惯量，惯量跟半径正相关，即相同质量下，半径越大，惯量越大，因此设置成环状，且圆形的平衡块更加稳定。当然这里也可以做成很多的质量块装在平衡弹簧上，其也能达到存储惯量的效果。
[0049]
在本发明中，对抖动装置需要进行抖动控制和位置反馈，为了实现抖动装置稳定、持续的工作，需要不断的给系统输入能量以补偿抖动装置内部的能量损耗，这个任务是由抖动控制器来完成，通过施加于压电陶瓷30上交变的电压信号实现。抖动控制器要保证施
加的交变信号与被抖动体10的信号同相，因此抖动装置还配置角度测量装置，角度测量装置一般可以采用电磁线圈或光学组件的方案。这里抖动控制器可以采用模拟电路的方案，也可以采用数字电路的方案，模拟电路可以通过调节输入交变信号的幅值改变抖动幅度，数字电路可以通过调整输入信号的占空比来改变抖动幅度。采用模拟电路或者数字电路为现有常规技术，这里不多加阐述。
[0050]
本发明的工作原理为：通过在压电陶瓷30上施加与抖动装置谐振频率相同的激励信号，使被抖动体10产生抖动，被抖动体10的抖动在惯性的作用下也会激发平衡块50的抖动，由于两者的抖动是反向的，因此平衡块50的抖动将减小被抖动体10因抖动而传递给基座的振动，通过调整平衡块50的惯量，可以将这种振动减小到0，实现整体抖动装置的无振动化，即使得所述无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置的安装基座不会受到被抖动体10抖动的影响而发生振动。
[0051]
在另一实施例中，本发明还提供了一种基于无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置的防振动控制方法，根据上述所述的无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置，其步骤为：
[0052]
s1:通过抖动控制器对压电陶瓷30施加与所述无振动的压电陶瓷驱动的机械抖动装置谐振频率相同的激励信号，使被抖动体10产生抖动；
[0053]
s2：被抖动体10的抖动在惯性的作用下激发平衡块50的抖动；其中，所述平衡块50摆动的相位滞后于被抖动体10，且被抖动体10与平衡块50抖动的相位差为180度；
[0054]
s3：通过调整平衡块50的惯量，被抖动体10和平衡块50产生的扭转力矩相同。
[0055]
这里，可以通过调整平衡块50的形状或者质量来控制或者调节惯量的大小。
[0056]
通过本发明，使得抖动设备在抖动时，不会给安装基座带来抖动，从而保证了设备的稳定性，另一方面也能提高设备的使用寿命，防止其他零部件由于抖动而出现松弛的现象，同时在一个设备上使用多个抖动装置时，也不会由于不同的抖动装置之间的抖动耦合，影响抖动设备的正常工作。通过该方案，也使得抖动装置的基座可以设置得更小，便于小型抖动装置的实现。
[0057]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。