[发明专利]具有断电钳位功能的直线大位移压电作动器及方法

说明书

技术领域

本发明属于步进式压电作动器技术领域，具体涉及一种具有断电钳位功能的直线大位移压电作动器及方法。

背景技术

压电作动器在航天、航空、医疗等领域已经有了很广泛的应用。其中步进式作动器模仿自然界尺蠖的爬行方式，通过对压电叠堆微小步距位移的积累，可实现小步距、理论行程无限大、高分辨率的精密双向步进运动。但以往步进式作动器所采用的爬行方式要求三个相互配合的压电元件一同移动，因此在高频驱动条件下其结构较为笨重，无法以更高的频率驱动，从而限制了作动器位移输出的速率。

此外，以往的步进式压电作动器多采用通电钳位的方式，而在要求系统在断电情况下仍能保持输出位移应用场合中，以往的作动器无法完成此类任务。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有断电钳位功能的直线大位移压电作动器及方法，在高频驱动条件下，只有一个压电元件随输出位移一同移动，其它两个压电元件保持不动并提供断电钳位和通电解锁的功能；此作动器结构紧凑、关键零件均采用慢走丝线切割工艺加工，精度较高，装配简单。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

具有断电钳位功能的直线大位移压电作动器，包括基座1，分别固定在基座1左端和右端的左钳位机构8和右钳位机构4；所述右钳位机构4的中部为中空腔体，其内设置有右钳位压电堆2，右钳位压电堆2在右钳位机构4的中空腔体内两端通过柔性铰链和右钳位机构4连接，所述右钳位压电堆2采用过盈配合方式与两端的柔性铰链连接，以给右钳位压电堆2提供预紧力，所述右钳位机构4中空腔体下部对称的还设置有两个右柔性铰链4-1，所述右钳位机构4中空腔体上部为分体结构，两边的分体结构的对应位置均开有右半圆孔4-2，两个右半圆孔形成一个圆孔；所述左钳位机构8的结构同右钳位机构4，其中部为中空腔体，其内设置有左钳位压电堆9，左钳位压电堆9在左钳位机构8的中空腔体内两端通过柔性铰链和左钳位机构8连接，所述左钳位压电堆9采用过盈配合方式与两端的柔性铰链连接，以给左钳位压电堆9提供预紧力，所述左钳位机构8中空腔体下部对称的还设置有两个左柔性铰链8-1，所述左钳位机构8中空腔体上部为分体结构，两边的分体结构均开有左半圆孔8-2，两个左半圆孔形成一个圆孔；还包括椭圆驱动机构6，所述椭圆驱动机构6内采用过盈配合设置有驱动压电堆5，以给驱动压电堆5提供预紧力，椭圆驱动机构6的左右两端分别连接有导向杆7和输出杆3，所述导向杆7的另一端采用过盈配合方式穿过左钳位机构8的圆孔，所述输出杆3的另一端采用过盈配合方式穿过右钳位机构4的圆孔。

所述基座1两端各开有三个螺纹孔，左钳位机构8和右钳位机构4的底端相应位置也开有三个螺纹孔，左钳位机构8和右钳位机构4分别通过三个螺钉10固定在基座1的两端。

所述椭圆驱动机构6的刚度能够通过作动器的几何参数设计来调整，以保证足够的回弹拉力。

具有断电钳位功能的直线大位移压电作动器驱动负载的方法，所述右钳位机构4的中空腔体内设置有柔性铰链，且右钳位机构4中空腔体下部对称的还设置有两个右柔性铰链4-1，当右钳位压电堆2加电伸长时，各柔性铰链产生弹性变形，使得右钳位机构4的上端圆孔张开一个角度，此时处于解锁状态；当右钳位压电堆2掉电回缩时，右钳位机构4的上端圆孔闭合，由于过盈配合使得圆孔将输出杆3抱紧，此时处于钳位状态；驱动压电堆5加电伸长时，推动输出杆3驱动负载，此时输出推力，同时椭圆驱动机构6产生弹性变形；当驱动压电堆5掉电回缩时，椭圆机构6回弹拉动输出杆3驱动负载，此时输出拉力；所述左钳位机构8的驱动方法同右钳位机构4。