螺栓和通孔间置有弹性垫片3-3.四组压电陶瓷组件对称分布在金属连接块两侧，在四边形四个顶点处，变截面梁与环形构件连接处的截面积最小，用于放大两个环形构件部分的振幅，如图3所示。第一压电陶瓷片中心有圆形通孔，极化方向为X轴负向指向X轴正向，如图4所示。第二压电陶瓷片中心有圆形通孔，极化方向为X轴正向指向X轴负向，如图5所示。第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片和电极片胶合成一个压电陶瓷组件，电极片在两片陶瓷片中间，两片陶瓷片的胶合方式如图6所示。当只对任意一条对角线上的两组压电陶瓷组件施加第一电信号时，变截面梁将被激励出弯振模态，其与环形构件的接触位置上将产生转动，且转动位于环形构件面内弯曲振动的节点位置，环形构件上将呈现η (η2 2)阶面内弯振模态；当同时对四组压电陶瓷组件施加与第一电信号具有90°相位差的第二电信号时，变截面梁将被激励出纵振模态，其与环形构件的接触位置上将产生平动，且平动位于环形构件面内弯曲振动的波峰或波谷位置，环形构件上将呈现出与第一电信号激励出的面内弯振同形但是具有V2的空间相位差的η (η2 2)阶面内弯振模态；当两条对角线上的四组压电陶瓷组件分别施加第一、第二电信号，上述变截面梁将同时被激励出弯振模态和纵振模态，并在两个环形构件上呈现出同向的沿着圆周方向旋转的η (η2 2)阶弯曲行波，环形构件外表面的质点做微幅椭圆运动，通过摩擦作用驱动与其接触的金属履带运动。将第一、第二电信号之间的相位差改变为-90°，两个环形构件上的行波将反向旋转，实现对金属履带的反向驱动。
[0026]以η=4，第一电信号为余弦信号，第二电信号为正弦信号为例。当同时对四组压电陶瓷组件施加正弦信号，变截面梁上呈现3阶纵振模态时，两个环形构件呈现4阶面内弯振模态，并且变截面梁与两个环形构件的连接位置都位于4阶面内弯振振型的波峰或波谷处，如图7所示；当只对任意一条对角线上的两组压电陶瓷组件施加余弦信号，变截面梁上呈现10阶弯振模态时，两个环形构件呈现4阶面内弯振模态，并且变截面梁与两个环形构件连接位置都位于4阶面内弯振振型的节点处，同时这两个连接位置处的环形构件面内弯振振型在空间上具有η的相位差，如图8所示。当电信号在压电陶瓷片上的施加方式如图9所示，在两条对角线上的压电陶瓷片分别施加正弦信号和余弦信号，即两相电信号之间的相位差为90°，以单个环形构件上的振动模态为例，在单个环形构件上形成的上述两个同形的4阶面内弯振模态在时间和空间上都具有Ji/2相位差，因此可以耦合成沿周向旋转的行波;此外，由于变截面梁上呈现10阶弯振模态时，左右两个环形构件上的4阶面内弯振振型在与变截面梁的连接位置处具有的空间相位差，所以两个环形构件上形成的行波同向旋转，如图10所示;环形构件外表面的质点将做微幅的椭圆运动，并通过摩擦作用驱动设置在其表面的履带运动。当改变两条对角线上的电信号之间的相位差为-90°，两个环形构件上形成的行波将同时反向，因此履带也将反向运动。
[0027]本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种夹心式压电驱动履带行驶装置，包括金属履带(1)、两个环形构件(2)和变截面夹心式压电换能器(3)，其特征在于:所述金属履带(1)的内表面与环形构件(2)的外表面接触，两个环形构件(2)之间通过变截面夹心式压电换能器(3)连接，所述的变截面夹心式压电换能器(3)包括金属连接块(3-7)，金属连接块(3-7)两端分别通过变截面梁(3-1)与环形构件(2)相连，其中所述的金属连接块(3-7)为四边形结构，四边形四个顶点处分别固定有压电陶瓷组件，对角线上的两组压电陶瓷组件施加相同的电信号，相邻的两组压电陶瓷组件施加的电信号相位差为90°。2.根据权利要求1所述的夹心式压电驱动履带行驶装置，其特征在于:所述的金属履带(1)由若干履带块(4)通过圆柱销(5)连接而成。3.根据权利要求3所述的夹心式压电驱动履带行驶装置，其特征在于:所述的压电陶瓷组件包括通过环氧树脂胶依次胶合的第一压电陶瓷片(3-4)、电极片(3-5)和第二压电陶瓷片(3-6)，第一压电陶瓷片(3-4)和第二压电陶瓷片(3-6)极化方向相反。4.根据权利要求1所述的夹心式压电驱动履带行驶装置，其特征在于:所述的金属连接块(3-7)两端分别设置有两个具有螺纹的盲孔，变截面梁(3-1)截面积最大处开有与盲孔对应的通孔，压电陶瓷组件中央也开有与盲孔对应的通孔，螺栓穿过盲孔和通孔将金属连接块(3-7)、压电陶瓷组件和变截面梁(3-1)固定。5.根据权利要求1所述的夹心式压电驱动履带行驶装置，其特征在于:所述的变截面梁(3-1)与环形构件(2)连接处截面积最小。6.—种夹心式压电驱动履带行驶装置的工作方法，其特征在于包括以下步骤:对金属连接块上的两条对角线上的压电陶瓷组件分别施加两相具有90°相位差的电信号，激励变截面夹心式压电换能器产生纵向振动和弯曲振动，使变截面夹心式压电换能器与环形构件的接触位置同时产生平动和转动，从而使环形构件呈现两相绕圆周方向的同形n(n 2 2)阶面内弯振模态，其中接触位置的平动位于环形构件上面内弯振模态的波峰或波谷位置，而接触位置的转动位于环形构件上面内弯振模态的节点位置，因此环形构件上的两相同形η(η 2 2)阶面内弯振模态在空间上存在V2的相位差;保证变截面夹心式压电换能器产生的纵向振动和弯曲振动的激励频率一致，两相在时间和空间上都具有V2相位差的同形η阶面内弯振模态在环形构件上将耦合形成同向的沿圆周方向行进的η (η 2 2)阶弯曲行波，环形构件外表面的质点做微幅椭圆运动，通过摩擦作用驱动与其接触的金属履带运动。7.根据权利要求6所述的夹心式压电驱动履带行驶装置的工作方法，其特征在于:将分别施加在金属连接块上的两条对角线的压电陶瓷组件上的两相电信号的相位差由90°改变为-90°时，在环形构件上形成的η (η> 2)阶行波将反向，金属履带向相反方向运动。
【专利摘要】本发明提供了一种夹心式压电驱动履带行驶装置及其工作方法,该装置包括金属履带、两个环形构件和变截面夹心式压电换能器；所述环形构件设置在所述变截面夹心式压电换能器的两端，所述变截面夹心式压电换能器由四组压电陶瓷组件固定在两组变截面梁与一块金属连接块之间组成。本发明通过激励压电陶瓷片，在变截面梁上激发出纵振模态和弯振模态，在环形构件上分别呈现出两个在空间上具有π/2相位差的面内弯振模态，从而在环形构件上耦合成沿着圆周方向旋转的行波，环形构件外表面质点将做微幅椭圆运动，并通过摩擦作用驱动金属履带运动，具有结构紧凑、力（矩）重量比大、环境适应性强、结构形式灵活多变、速度快和机电耦合效率高等优点。
【IPC分类】H02N2/16, H02N2/12
【公开号】CN105429508
【申请号】CN201510950073
【发明人】蒋正, 王亮, 舒承有, 金家楣
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年12月18日