[发明专利]压电叠堆驱动器的封装固定结构器

说明书

技术领域

本发明压电叠堆驱动器的封装固定结构器，属于精密机械与仪器技术领域，涉及纳米驱动和精密定位方面。

背景技术

压电叠堆驱动器用于精密仪器或设备中实现纳米级位移驱动，力驱动，谐振驱动等。常见的压电叠堆驱动器是未封装的，即裸压电陶瓷叠堆，也有带封装的压电陶瓷叠堆驱动器，如PI公司的一端带有安装螺纹的压电叠堆驱动器。压电陶瓷叠堆在应用时，一般要求一端固定，另一端与被驱动件衔接固定。常见的固定方法为粘贴固定，此方法驱动器与被驱动件的装配不灵活，预紧力施加困难，而且由于压电叠堆驱动器是直接被驱动件连接在一起，所以还存在着驱动位移没有经过弹性体放大，连接部分受力不平衡等缺点。

发明内容

本发明要解决的问题是压电陶瓷叠堆驱动器的安装，克服了单纯采用粘贴固定法的不足，设计了一种压电叠堆驱动器的封装固定结构。封装固定结构在轴向具有一定柔性，压电叠堆放置在封装腔中，封装结构一端固定在支座上，另一端安装预紧螺母，施加预紧力使预紧螺栓紧抵压电叠堆，封装固定结构跟着压电叠堆伸缩，其变形量在封装固定结构的可承受范围内。

本发明采用的技术方案是一种压电叠堆驱动器的封装固定结构器，由封装结构主体I、预紧螺母II与压电叠堆驱动器III组成。其中，整体加工的封装结构主体I由固定平板1压电叠堆腔体2、左翼4a、右翼4b与四个直线型弹性梁5a、5b、5c、5d组成；其中，固定平板1与左翼4a、右翼4b的形状成“∏”形，压电叠堆腔体2位于左翼4a与右翼4b的中间，其轴向平行于两翼的方向，腔体左侧的外壁通过左上直线型弹性梁5a和左下直线型弹性梁5b与左翼4a柔性连接，腔体右侧的外壁通过右上直线型弹性梁5c和右下直线型弹性梁5d与右翼4b柔性连接，构成工型弹性体，在压电叠堆腔体2的底部开有内螺纹孔，预紧螺母II拧紧在内螺纹孔中，与封装结构主体I连接。压电叠堆驱动器III封装在封装结构主体I的压电叠堆安装孔7中，使用预紧螺母II固定。

在固定平板1两侧加工出四个安装孔6，在固定平板1中部加工出压电叠堆安装孔7，安装孔的截面形状与压电叠堆驱动器的截面形状相匹配，为矩形或圆形或三角形，安装孔7与压电叠堆腔体2的中空腔相通，在连通腔内壁两侧加工出导线槽8，在压电叠堆腔体2的上端面加工出四个安装孔3，用于连接被驱动件。

本发明的效果是压电叠堆驱动器的封装固定结构器提供了方便的、可靠的压电叠堆的安装方法。压电叠堆安装于封装固定结构中，便于与其它组件精密装配；此封装固定结构在具有很好的轴向柔性的基础上，可以对压电叠堆施加一定的预紧力，提高了压电叠堆驱动的可靠性和重复性，适用于高精度纳米驱动、高频谐振驱动和高精密定位系统中。

附图说明

附图1是压电叠堆驱动器与封装固定结构器的装配图；

附图2是沿附图1中A-A方向的剖视图；

附图3是压电叠堆驱动器的封装结构主体的俯视图；

附图4是压电叠堆驱动器的封装结构主体的主视图；

其中：I-封装结构主体，II-预紧螺母，III-压电叠堆驱动器，1-固定平板，2-压电叠堆腔体，3-安装孔，4a-左翼，4b-右翼，5a-左上直线型弹性梁，5b-左下直线型弹性梁，5c-右上直线型弹性梁，5d-右下直线型弹性梁，6-安装孔，7-安装孔，8-导线槽。

具体实施方式

结合附图1、附图2、附图3与附图4详细说明本发明的具体实施，将压电叠堆驱动器从固定平板的安装孔插入，驱动器上的引线顺着导线槽进入；压电叠堆驱动器完全进入封装固定结构后，通过固定平板上的四个安装孔将固定平板固定在支座上；而后在压电叠堆腔体的底部安装上预紧螺母，螺母端面紧抵压电叠堆驱动器端面，并施加一定的预紧力。压电叠堆腔体的上端面加工出四个安装孔用于固定被驱动构件。

压电叠堆安装在封装固定结构中之后，预紧螺母紧紧抵住压电陶瓷伸长端，同时压电陶瓷另一端紧紧抵住固定支座，实现压电叠堆轴向的固定；当压电叠堆接通驱动电源后，根据压电陶瓷的驱动原理，压电叠堆将发生伸长或收缩，压电叠堆的伸缩带动封装固定结构的伸缩，所以说若想让压电叠堆正常工作，封装固定结构必须具有一定的柔性。封装固定结构上的四个直线型弹性梁以及它们与固定平板和压电叠堆腔体间的柔性铰链连接使此封装固定结构具有很好的柔性。在压电叠堆驱动器的工作位移范围内(一般为几十个微米)，此封装固定结构施加在压电叠堆上的作用力远小于压电叠堆所能承受的最大载荷力。

此压电叠堆驱动器的封装固定结构用于微构件力学拉伸测试装置中，压电叠堆水平方向驱动动载物台，进而实现单轴拉伸微构件梁。微构件梁的单轴拉伸位移在10um范围内，即压电叠堆驱动器的驱动位移，装置中采用的压电叠堆所能承受的最大载荷为1200N。有限元结构分析表明，当对此封装固定结构在轴向方向施加600N的作用力时，其轴向变形为216.5um，远远满足微构件力学拉伸测试装置中的要求。在测试实验中，比较了未封装的压电叠堆和安装在此封装固定结构内的压电叠堆的输出特性曲线。未封装的压电叠堆输出特性曲线标定：将压电叠堆的一端用树脂胶粘在平板上，另一端自由释放，接通压电叠堆的驱动电源，测得此压电陶瓷的输出特性曲线；安装在此封装固定结构内的压电叠堆的输出特性曲线：通过预紧螺母对压电叠堆施加100N左右的预紧力，接通压电叠堆的驱动电源，测得压电叠堆的输出特性曲线。比较两组输出特性曲线，发现此封装固定结构没有影响到压电叠堆的输出特性。