[发明专利]菱形铰链斜拉式正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种菱形铰链斜拉式正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法，属于微纳精密驱动与定位技术领域。

背景技术

压电粘滑直线马达是一种利用压电元件的逆压电效应，在非对称电信号激励下激发振子（或称定子）产生微幅振动，通过振子与动子间的摩擦耦合实现机械输出的精密压电马达。按照驱动工作原理的不同，压电粘滑直线马达主要分为共振型压电马达（也称超声波电机）与非共振型压电马达（也称压电粘滑马达）两大类。与共振型压电马达相比，非共振压电粘滑直线马达具有定位精度高、结构简单紧凑、控制方便等优点，被广泛应用于精密驱动与定位的技术领域。

压电粘滑驱动主要是将锯齿激励电信号施加于压电元件，激发定子产生快慢交替的运动变形，控制定子与动子在“粘”和“滑”两种运动状态之间相互转换，利用摩擦力驱动动子实现机械运动输出。然而，由于压电粘滑驱动缓慢与快速变形阶段，定子与动子间摩擦力起到不同作用，具体为缓慢变形驱动阶段时表现为摩擦驱动力，而快速变形驱动阶段时表现为摩擦阻力。已有公开技术表明当前压电粘滑直线马达无法实现对整个驱动过程的摩擦力进行综合调控，导致其输出机械性能受限。特别在定子的快速变形驱动阶段，由于动子所受摩擦力与其运动方向相反，当动子惯性力不足以克服该摩擦阻力时，将会导致动子产生回退运动，表现为类锯齿状的不平稳运动输出，劣化输出性能，已有锯齿激励电信号无法实现对压电粘滑直线马达快速变形驱动阶段摩擦力的调控，进一步限制了压电粘滑直线马达的应用与发展。

发明内容

为解决已有压电粘滑直线马达由于定子与动子间摩擦综合调控困难，所导致的机械输出特性受限，产生类锯齿状不平稳运动输出，劣化驱动器机械输出性能等技术问题，本发明公开了一种菱形铰链斜拉式正交驱动型压电粘滑直线马达及其复合激励方法。

本发明所采用的技术方案是：

所述一种菱形铰链斜拉式正交驱动型压电粘滑直线马达由预紧力调节装置、斜拉式定子和动子组成。

所述预紧力调节装置由安装支座、移动滑台和预紧力调节螺杆组成。所述安装支座设置安装定位孔、定位支承平面，用于安装动子；所述安装支座底部设置有安装螺纹孔，用于安装支座与外围装置的连接；所述安装支座设置有滑道限位螺钉，用于移动滑台的移动限位；所述安装支座设置有滑动架，用于移动滑台的滑动；所述安装支座设置有保持架紧固螺钉、止动栓保持架和止动栓，用于对移动滑台的锁紧，防止加载后移动滑台移动；所述安装支座设置有滑道，用于支撑移动滑台；所述滑道安装滑道限位螺钉，避免移动滑台滑出滑道；所述安装支座设置有弹簧、下弹簧固定销，用于移动滑台的回程移动；所述安装支座设置有加载螺纹孔，其与预紧力调节螺杆进行螺纹连接。所述移动滑台设置有定位螺纹孔，用于安装斜拉式定子；所述移动滑台设置有移动滑台限位螺钉，用于移动滑台的移动限位；所述移动滑台设置有上弹簧固定销，用于安装固定弹簧；所述移动滑台侧面设置有止动栓安装孔，用于安装止动栓；所述移动滑台设置有导向滑杆，用于移动滑台的移动导向，所述导向滑杆安装有移动滑台限位螺钉，避免移动滑台滑出滑道。所述预紧力调节螺杆与加载螺纹孔螺纹连接，通过调整预紧力调节螺杆的旋进长度可以调节移动滑台的位置，实现预紧力调节装置对预紧力的调节。

所述斜拉式定子包括斜拉式菱形运动转换器、压电堆叠、预紧螺栓和调整垫片。所述斜拉式菱形运动转换器采用菱形结构的铰链。所述斜拉式菱形运动转换器设置有定子安装孔，用于斜拉式菱形运动转换器的固定安装；所述斜拉式菱形运动转换器设置有偏转铰链、圆弧形柔性铰链，用于调节斜拉式菱形运动转换器的轴向刚度；所述斜拉式菱形运动转换器设置有切口型菱形铰链，用于调节斜拉式菱形运动转换器的偏转刚度；所述斜拉式菱形运动转换器设置有运动转换机构，所述运动转化机构设置有驱动直梁、运动转换斜梁，所述运动转换斜梁可将压电堆叠的轴向振动位移转换为驱动直梁的侧向位移。所述驱动直梁相应圆弧端面涂有摩擦材料，所述驱动直梁驱动动子运动。斜拉式定子采用斜拉式菱形运动转换器，在压电堆叠产生轴向振动位移时，斜拉式菱形运动转换器的驱动直梁会产生侧向位移，增大斜拉式定子缓慢变形驱动阶段时摩擦驱动力，减小斜拉式定子快速变形驱动阶段时摩擦阻力，可实现对摩擦力的综合调控。所述预紧螺栓安装孔与预紧螺栓进行螺纹连接。所述压电堆叠与斜拉式菱形运动转换器、预紧螺栓接触端面设置有调整垫片，防止其产生切应变。通过调节预紧螺栓，可实现对压电堆叠的轴向预紧力调节。