一种抑制粘滑式压电驱动器回退运动的力控装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及精密机械领域，特别涉及一种抑制粘滑式压电驱动器回退运动的力控装置与方法。


背景技术：

[0002]
压电驱动器是利用压电驱动技术制作的机械装置，其基本原理是基于压电陶瓷材料的逆压电效应，控制机械变形产生旋转或直线运动。由于压电驱动器响应速度快、输出力较大、结构简单、体积小，其在精密/超精密加工、微型机械以及生物医学工程等前沿科学领域得到广泛的应用。
[0003]
但是目前报道的驱动器都具有不同程度的缺陷。尺蠖仿生式压电驱动器虽然具有输出力大、分辨率高且回退运动小等优点，但是其结构复杂、部件装配困难、控制过程相对复杂。寄生运动式压电驱动器、惯性式压电驱动器以及粘滑式压电驱动器虽然结构简单、装配容易、控制方便，但是其承载能力低、自锁性能差、具有较为严重的回退现象，很难保证运动的稳定性。因此，如何解决压电驱动器中的回退问题，进而改善其输出性能，扩大其应用前景，是一个需要迫切解决的问题。
[0004]
本实用新型从力学角度着手，通过预紧力调控单元对导轨施加预紧力，从而对粘滑式压电驱动器的输出性能进行调控，消除其回退运动并增强其自锁性。本实用新型在消除回退运动、改善输出性能的同时继承了粘滑式压电驱动器结构简单、装配容易、控制方便的优点，增强了粘滑式压电驱动器在精密机械与装备等领域的应用前景，具有重要的实用价值。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型的目的在于提供一种抑制粘滑式压电驱动器回退运动的力控装置与方法，实现粘滑式压电驱动器的回退运动的有效抑制。通过旋转预紧力调整单元中水平微动调整机构b的旋钮，可以调整圆弧形铰链与导轨之间的预紧力。通过旋转驱动单元中水平微动调整机构a的旋钮，可以调整杆形铰链与导轨之间的初始间隙。在特定的预紧力作用下，当驱动单元中压电叠堆的驱动电压快速下降时,预紧力调整单元中圆弧形铰链由于预紧力作用产生的摩擦力平衡了驱动单元引起回退运动的摩擦力,从而显著地抑制了压电驱动器的回退运动，提高了粘滑式压电驱动器步进运动的平稳性。本实用新型为抑制粘滑式压电驱动器的回退运动提供了一个新装置和方法，同时可扩展应用到其他原理的压电驱动器中，适用范围广，实用性强。
[0006]
本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：
[0007]
抑制粘滑式压电驱动器回退运动的力控装置包括驱动单元、预紧力调整单元及基座，所述驱动单元、预紧力调控单元分别通过螺钉与基座连接。所述的驱动单元由导轨滑块固定端、滑块、导轨、压电叠堆、楔形块、杆形铰链和水平微动调整机构a组成，所述压电叠堆通过调整楔形块采用过盈配合的方式安装在杆形铰链的凹槽内，杆形铰链通过螺钉与水平
微动调整机构a的上端面相连接，通过旋转水平微动调整机构a的旋钮对驱动单元中杆形铰链与导轨之间的初始间隙进行调整，滑块通过螺钉与导轨滑块固定端相连接，导轨可以沿着滑块的方向进行水平移动。
[0008]
所述的预紧力调整单元主要包括圆弧形铰链和水平微动调整机构b，所述圆弧形铰链通过螺钉与水平微动调整机构b的上端面相连接，水平微动调整机构b 通过螺钉与基座的上端面相连接，通过旋转水平微动调整机构b的旋钮对圆弧形铰链与导轨之间的预紧力进行调整。
[0009]
本实用新型提供一种抑制粘滑式压电驱动器回退运动的力控方法，基于逆压电效应，压电叠堆可以在驱动电压下驱动杆形铰链伸缩，进而带动导轨移动。驱动器中预紧力调整单元和驱动单元的特定结构可以通过预紧力和初始间隙的调节有效地抑制粘滑式压电驱动器的回退运动。在驱动前，通过旋转预紧力调整单元中水平微动调整机构b的旋钮，可以调整圆弧形铰链与导轨之间的预紧力，通过旋转驱动单元中水平微动调整机构a的旋钮，可以调整杆形铰链与导轨之间的初始间隙。在驱动过程中，圆弧形铰链与导轨之间的摩擦力f
p
小于杆形铰链与导轨之间的摩擦力f
f
；在驱动电压急速降低时，在杆形铰链与导轨之间出现反向摩擦力产生推动导轨向后运动的趋势；与此同时，圆弧形铰链与导轨之间有相对运动的趋势，产生向前的摩擦力f
′
p
；当反向摩擦力与向前的摩擦力f
′
p
相平衡时，驱动器的回退运动就会得到有效抑制。
[0010]
所述的预紧力调整单元通过调节预紧力来调控摩擦力f
′
p
，实现粘滑式压电驱动器回退运动的抑制。
[0011]
本实用新型的优势在于：通过预紧力调整单元施加预紧力来调控摩擦力f
′
p
，实现了粘滑式压电驱动器回退运动的抑制，提升了该类型驱动器运动平稳性,同时该装置与方法简单，操作过程灵活、方便。此外，本实用新型可扩展应用到其他原理的压电驱动器中，适用范围广，实用性强。
附图说明
[0012]
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
[0013]
图1为本实用新型的一种抑制粘滑式压电驱动器回退运动的力控装置结构示意图。
[0014]
图2为本实用新型的杆形铰链俯视图。
[0015]
图3为本实用新型的圆弧铰链俯视图。
[0016]
图4为本实用新型的杆形铰链在驱动前的受力原理图。
[0017]
图5为本实用新型的导轨在驱动全过程中的受力原理图。
[0018]
图中：1、基座；2、导轨滑块固定端；3、滑块；4、导轨；5、压电叠堆； 6、楔形块；7、杆形铰链；8、水平微动调整机构a；9、圆弧形铰链；10、水平微动调整机构b。
具体实施方式
[0019]
下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及具体实施方式。
[0020]
参见图1，本实用新型的抑制粘滑式压电驱动器回退运动的力控装置包括驱动单元、预紧力调整单元及基座1，所述驱动单元、预紧力调控单元分别通过螺钉与基座1连接。所述的驱动单元由导轨滑块固定端2、滑块3、导轨4、压电叠堆5、楔形块6、杆形铰链7和水平微动调整机构a8组成，所述压电叠堆5 通过调整楔形块6采用过盈配合的方式安装在杆形铰链7的凹槽内，杆形铰链7 通过螺钉与水平微动调整机构a8的上端面相连接，旋转水平微动调整机构a8 的旋钮，对驱动单元中杆形铰链7与导轨4之间的初始间隙进行调整，滑块3 通过螺钉与导轨滑块固定端2相连接，导轨4可以沿着滑块3的方向进行水平移动。
[0021]
所述的预紧力调整单元主要包括圆弧形铰链9和水平微动调整机构b10，所述圆弧形铰链9通过螺钉与水平微动调整机构b10的上端面相连接，水平微动调整机构b10通过螺钉与基座1的上端面相连接，旋转水平微动调整机构b10 的旋钮，对圆弧形铰链9与导轨4之间的预紧力进行调整。
[0022]
参见图2至3所示，本实用新型的粘滑式压电驱动器具有行程大、无电磁干扰的优势，但在驱动电源急速下降时，存在着明显的回退现象。为此，本实用新型通过预紧力调整单元，抑制了粘滑式压电驱动器工作时的回退运动,提高了驱动器的整体输出性能。
[0023]
所述的预紧力调整单元通过预紧力的调节，抑制粘滑式压电驱动器的回退运动,提高了粘滑式压电驱动器步进运动的平稳性。
[0024]
参见图4至5，为本实用新型中驱动器运行全过程的受力示意图。其完整的运动过程概括如下，主要包括三个阶段:
[0025]
阶段1：参见图4至5中a部分所示，在驱动器驱动前，通过旋转预紧力调整单元中水平微动调整机构b10的旋钮，可以调整圆弧形铰链9与导轨4之间的预紧力；通过旋转驱动单元中水平微动调整机构a8的旋钮，可以调整杆形铰链7与导轨4之间的初始间隙。这一过程保证导轨4在施加完预紧力之后仍可正常工作，即圆弧形铰链9与导轨4之间的摩擦力f
p
小于杆形铰链7与导轨4之间的摩擦力f
f
。
[0026]
阶段2：参见图5中b部分所示，在驱动器驱动过程中，仍满足圆弧形铰链9 与导轨4之间的摩擦力f
p
小于杆形铰链7与导轨4之间的摩擦力f
f
的条件，但此时的摩擦力不再为正压力与静摩擦因素的乘积，转而变成正压力与动摩擦因素的乘积；此时，在驱动器的作用下，导轨4在水平方向产生向前的位移s。
[0027]
阶段3：参见图5中c、d部分所示，在驱动电源急速下降时，在杆形铰链7 与导轨4之间出现反向摩擦力存在推动导轨4向后运动的趋势，产生水平方向向后的位移s0；与此同时，圆弧形铰链9与导轨4之间的预紧力受到向后的运动趋势，产生向前的摩擦力f
′
p
，从而推动导轨4向前运动；当反向摩擦力与向前的摩擦力f
′
p
相平衡时，产生向前的水平方向总位移为δs＝s-s0,驱动器的回退现象就会被有效地抑制。
[0028]
以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。