一种基于超声减摩的微型压电舵机

1.本发明涉及压电精密驱动控制技术领域，具体为一种基于超声减摩的微型压电舵机。


背景技术：

2.舵机作为各类制导弹药中的主要执行机构，接收控制器发出的指令产生用于弹丸进行姿态调整所需的气动力矩，其响应速度和控制精度在很大程度上影响着制导效果的优劣。
3.目前常用的舵机主要是通过电磁电机带动舵环旋转来获得所需修正力矩，由于弹丸飞行过程中作用于舵环上的气动力较大，该方式下通常需要电机安装减速器等机构来获得较大的驱动力矩，这也导致其尺寸难以小型化，无法在某些微小型制导弹药上使用。因此，针对中小口径制导弹药，提出一种新型的结构简单紧凑、易于小型化的舵机构型具有重要意义。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述和/或现有舵机中存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明的目的是提供一种基于超声减摩的微型压电舵机，具有结构简单、可靠性强以及易于小型化等优势，满足微小型制导弹药的使用。
7.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种基于超声减摩的微型压电舵机，其特征在于，包括：固定组件，包括前舱体、设置在所述前舱体头端的接收机、设置在前舱体腔体内部的多个环形压电片、同轴设置在相邻两个所述环形压电片之间的导电环、一端部与所述接收机的内壁垂直连接且穿过所述环形压电片和所述导电环的螺钉以及卡套在所述螺钉自由端部且对环形压电片和所述导电环限位的的振动杆；转动组件，包括设置在振动杆的辐射面左端的摩擦环、设置在摩擦环左端的后舱体、设置在后舱体腔体右侧的轴承、设置在轴承左端的卡簧、设置在振动杆左端的弹簧、设置在弹簧左端的限位块、设置在限位块右端且沿周向等距分布的四个三角形翼片与挡片。
8.作为本发明所述的一种基于超声减摩的微型压电舵机的一种优选方案，其中，所述前舱体的右端面开设有定位孔，所述振动杆右端面开设有与定位孔同轴心的螺纹孔，所述螺钉的一端嵌入在所述定位孔内，另一端旋钮在所述螺纹孔内。
9.作为本发明所述的一种基于超声减摩的微型压电舵机的一种优选方案，其中，所述环形压电片的数量为2n个，导电环的数量为2n-1个，其中，n为整数。
10.作为本发明所述的一种基于超声减摩的微型压电舵机的一种优选方案，其中，所述振动杆的端面与前舱体的端面之间具有空隙，且空隙宽度为0.4-0.6 mm。
11.作为本发明所述的一种基于超声减摩的微型压电舵机的一种优选方案，其中，所述振动杆的左端具有连接柱，所述连接柱连接后舱体与轴承，所述连接柱的左端开设有环形槽，所述卡簧插入至环形槽中连接前舱体与后舱体。
12.作为本发明所述的一种基于超声减摩的微型压电舵机的一种优选方案，其中，所述限位块为具有“工字型”截面的环形结构，所述限位块的下端面与后舱体的内圆面过盈配合。
13.作为本发明所述的一种基于超声减摩的微型压电舵机的一种优选方案，其中，所述后舱体设置有四个相同的安装杆，所述翼片具有安装孔，所述安装孔通过安装杆与后舱体连接，所述翼片与挡片固定连接，所述后舱体设置有可供翼片向外伸展的四个相同的矩形槽。
14.与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：通过在舵机固定部中安装环形压电片，利用辐射杆对环形压电片产生的纵向振动进行放大，并在端面处进行输出，以此来调整固定部和旋转部之间的摩擦力，控制尾翼产生指向特定方向的修正力，相比于传统的通过电机驱动舵环旋转的结构方案，具有结构简单、可靠性强以及易于小型化等优势，在某些微小口径弹药上具有良好的应用前景。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：图1为本发明一种基于超声减摩的微型压电舵机第一状态的结构示意图；图2为本发明一种基于超声减摩的微型压电舵机第二状态的结构示意图；图3为本发明一种基于超声减摩的微型压电舵机的第一状态的外结构示意图；图4为本发明一种基于超声减摩的微型压电舵机的第二状态的外结构示意图；图5为本发明一种基于超声减摩的微型压电舵机的振子结构示意图；图6为本发明一种基于超声减摩的微型压电舵机的翼片、限位块、挡片的结构示意图；图7为本发明一种基于超声减摩的微型压电舵机的后舱体的结构示意图；图8为本发明后舱体翼片偏转方向及其受力示意图。
具体实施方式
16.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
17.其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
18.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
19.本发明提供一种基于超声减摩的微型压电舵机，利用弹丸发射时产生的轴向过载使四片尾翼弹出，尾翼分为两组，一组为反对称布置，用于产生旋转力矩，另一组对称布置，用于产生修正力矩。固定部内部安装有压电陶瓷，通过激励压电陶瓷可在辐射面产生纵振，利用超声减摩原理控制固定部和旋转部之间的摩擦力，从而使尾翼产生指向特定方向的修正力。
20.图1-图8示出的是本发明一种基于超声减摩的微型压电舵机一实施方式的结构示意图及后舱体翼片偏转方向及其受力示意图，请参阅图1-图8，本实施方式的一种基于超声减摩的微型压电舵机，其主体部分包括固定组件100和转动组件200。
21.固定组件100一方面用于安装转动组件200，另一方面用于与转动组件200配合实现尾翼产生指向特定方向的修正，具体的，在本实施方式中，固定组件100包括前舱体110、设置在前舱体110头端的接收机120、设置在前舱体110腔体内部的多个环形压电片130、同轴设置在相邻两个环形压电片130之间的导电环140、一端部与接收机130的内壁垂直连接且穿过环形压电片130和导电环140的螺钉150以及卡套在螺钉150自由端部且对环形压电片130和导电环140限位的的振动杆160，作为优选，在本实施方式中，前舱体110的右端面开设有定位孔110a，振动杆160右端面开设有与定位孔110a同轴心的螺纹孔160a，螺钉150的一端嵌入在定位孔110a内，另一端旋钮在螺纹孔160a内，实现振动杆160与前舱体110的安装固定，并且，在本实施方式中，环形压电片130的数量为2n个，导电环140的数量为2n-1个，其中，n为整数，振动杆160的端面160b与前舱体110的端面110b之间具有空隙，且空隙宽度为0.4-0.6 mm。
22.转动组件200用于对舵机姿态调整提供所需的气动力矩，具体的，在本实施方式中，转动组件200包括设置在振动杆160的辐射面160c左端的摩擦环210、设置在摩擦环210左端的后舱体270、设置在后舱体270腔体右侧的轴承220、设置在轴承220左端的卡簧240、设置在振动杆160左端的弹簧230、设置在弹簧230左端的限位块260、设置在限位块260右端且沿周向等距分布的四个三角形翼片250与挡片280，四个三角形翼片250分别为第一三角形翼片2501、第二三角形翼片2502、第三三角形翼片2503和第四三角形翼片2504，第一三角形翼片2501和第三三角形翼片2503为反对称布置，主要用于产生旋转力矩，第二三角形翼片2502和第四三角形翼片2504为完全对称布置，用于产生修正力矩，作为优选，在本实施方式中，振动杆160的左端具有连接柱160c，连接柱160c连接后舱体270与轴承220，连接柱160c的左端开设有环形槽160c-1，卡簧240插入至环形槽160c-1中连接前舱体110与后舱体270，限位块260为具有“工字型”截面的环形结构，限位块260的下端面260a与后舱体270的内圆面270a过盈配合，后舱体270设置有四个相同的安装杆270b，翼片250具有安装孔250a，安装孔250a通过安装杆270b与后舱体270连接，翼片250与挡片280固定连接，后舱体270设置有可供翼片250向外伸展的四个相同的矩形槽270c。
23.结合图1-图8，本实施方式的一种基于超声减摩的微型压电舵机的调姿原理具体如下：出弹口后的弹道初期转动组件200会随着弹体一起高速前进，限位块260在高过载下向左滑动并使其底面与后舱体270的接触面270d接触，弹簧230伸长，三角形翼片250通过后舱体270的矩形槽270c向外弹出，在挡片280和限位块260作用下三角形翼片250仅弹出一部
分，为了实现弹体飞行姿态的调节，首先需要快速地对导电环140通电，使环形压电片130两端被施加上特定频率的交流电压，环形压电片130由于逆压电效应产生振动，振动杆160与环形压电片130紧密连接，前舱体110与振动杆160之间的空隙使振动杆160能跟随振动，通过超声振动，使得摩擦环210与振动杆160的辐射面160d间的摩擦力减小，后舱体270在气流影响下与翼片250一起相对于前舱体110产生旋转，当后舱体270旋转到特定的角度时，将导电环140断电，环形压电片130停止振动，前舱体110和后舱体270之间的摩擦力增大，三角形翼片250保持在特定的位置，从而为弹道修正提供所需的气动力，三角形翼片250具体修正方式如下：如图8所示，当弹丸不需进行弹道修正时，环形压电片130通电，前舱体110和振动杆160的辐射面160d之间的摩擦力减小，后舱体270在反对称的第一三角形翼片2501和第三三角形翼片2503作用下快速旋转，此时可以认为四片翼片250在旋转一个周期内产生的指向各个方向的气动力叠加为0，即不产生修正效果。当需要进行弹道修正时，后舱体270相对前舱体110旋转到某个特定的角度时给环形压电片130断电，此时振动杆160的辐射面160d和后舱体270之间的摩擦力增大，后舱体270相对前舱体110无相对旋转，弹丸在正对称的第二三角形翼片2502和第四三角形翼片2504作用下产生指向特定方向的气动力，从而进行弹道修正。当需要调整气动力方向时，只需再次让后舱体270相对前舱体110旋转特定的角度后停止即可，如此反复修正，直至弹丸命中目标。
24.虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。