[发明专利]基于丝杆自锁的拉压对称双向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，具体涉及一种基于丝杠自锁的拉压对称双向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、医疗等领域有着极为广泛的应用。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、高分辨率的精密步进运动。但以往步进式压电作动器存在以下三项缺点：第一，步进式压电动作动器的输出力大小主要取决于钳位机构的钳位力大小，而传统步进式压电作动器的钳位功能均基于材料间摩擦来实现，并大多以提高正压力的途径提高相应摩擦力，这种方式使得传统步进式压电作动器的输出力难以有量级上的提升且不可靠；第二，压电堆能具有很高的承压能力但无法承受拉载荷，这使得传统步进式压电作动器能输出很大压力但仅能依靠压电堆约束机构的回弹力输出拉力，最终导致作动器的拉压力输出不对称；第三，压电堆作动行程一般在微米量级，因此以往步进式作动器各零件的加工精度也大多要求在微米量级以消除装配间隙从而尽可能提高作动器的力输出能力，但这给加工制造带来极大的挑战。

发明内容

为了解决以上技术难题，本发明的目的在于提供一种基于丝杠自锁的拉压对称双向大位移压电作动器及方法，作动器的钳位机构依靠梯型丝杆的自锁使输出力大幅度提升且钳位更加可靠，同时采用两只相对设置的压电堆实现了拉压力对称双向输出，并且此作动器各零件加工精度要求不高，装配过程简单。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于丝杠自锁的拉压对称双向大位移压电作动器，包括下菱形约束环7和安装于下菱形约束环7内的下压电堆6，下菱形约束环7的下端与下套筒5的下端内侧通过螺栓连接为一体，下菱形约束环7的上端凸出一小台作为承载肩，下套筒5的上端贴紧于下无刷电机定子4的下端面，下无刷电机定子4的上端面贴紧于上套筒3的下端，上套筒3、下无刷电机定子4和下套筒5通过螺栓连接为一体，上套筒3的上端内侧通过螺栓连接与上菱形约束环8的上端连接，上菱形约束环8内安装有上压电堆9，上菱形约束环8的下端凸出一小台作为承载肩，上套筒3的上端外侧面中心位置凸出一小台作为承载肩，上套筒3的圆周方向分布有多个螺纹孔用于连接多个支撑柱10，多个支撑柱10穿过并采用过盈配合连接上无刷电机定子2，多个支撑柱10上端连接有上承载板1，承载板1中心凸出一小台作为承载肩；上承载板1、上无刷电机定子2、上套筒3、上菱形约束环8、上压电堆9、下无刷电机定子4、下菱形约束环7、下压电堆6和下套筒5的中心均开有圆通孔，丝杠11带有细牙螺纹，其从上述所有零件的圆通孔中从上到下依次穿过，上承载螺母12和下承载螺母13设置有若干磁性体使其成为无刷电机的转子并套在细牙螺纹丝杠11上，上承载螺母12置于上承载板1的承载肩与上套筒3的承载肩中间并与两承载肩面间留有远大于上压电堆9和下压电堆6最大位移的间隙，下承载螺母13置于上菱形约束环8的承载肩与下菱形约束环7的承载肩中间并与两承载肩面间留有远大于上压电堆9和下压电堆6最大位移间隙。