[发明专利]一种基于逆挠曲电效应的运动机构锁紧装置及锁紧方法

说明书

本发明公开了一种基于逆挠曲电效应的运动机构锁紧装置及锁紧方法，锁紧装置包括基座上设置的支撑杆、敏感单元和若干只弧形结构的金属块；支撑杆垂直设置在基座上，敏感单元为环形结构，水平设置在支撑杆的顶部；若干只金属块均匀设置在敏感单元的外圈；若干只金属块的外圈设置有环形绝缘条；环形绝缘条外圈与旋转装置的杯体内壳之间设置有间隙；所述的敏感单元由挠曲电介电材料制成，敏感单元的内侧和外侧分别镀有内侧金属电极和外侧金属电极。本发明是基于晶体力电耦合效应中的挠曲电效应，实现了运动部件的位置锁定。相比于传统的电磁铁、机械卡扣或锁紧螺钉具有使用简单、拆装方便、不需要复杂的机械结构。

技术领域

本发明涉及装备制造技术领域，具体涉及一种基于逆挠曲电效应的运动机构锁紧装置及方法。

背景技术

在航天设备中，有些旋转部件在升空、降落及工作中需要进行定位，常采用电磁铁、机械卡扣或锁紧螺钉使其与基座锁定，保持高精度的定位关系。但是这种锁紧方式在使用中存在一些问题，比如操作不方便，需要人工现场干预等。特别是对于薄壁结构的旋转杯，当采用电磁铁或锁紧螺钉对局部位置锁紧时，由于外力作用容易使得杯体的局部受力后产生形变，可能会影响到后期的正常使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于逆挠曲电效应的运动机构锁紧装置及方法，利用敏感单元产生的应变梯度与电荷之间的线性关系，当加电时发生逆挠曲电效应，水平放置的环形结构的敏感单元产生径向方向位移压紧薄壁圆筒旋转装置，使其与基座实现锁紧定位；停止加电时，则锁紧解除，旋转装置恢复自由状态。

本发明采用如下技术方案：

一种基于逆挠曲电效应的运动机构锁紧装置，所述的运动机构包括基座和基座上部设置的旋转装置，所述的旋转装置为杯口朝下的圆杯体结构；所述锁紧装置包括基座上设置的支撑杆、敏感单元和若干只弧形结构的金属块；支撑杆垂直设置在基座上，敏感单元为环形结构，水平设置在支撑杆的顶部；若干只金属块均匀设置在敏感单元的外圈；若干只金属块的外圈设置有环形绝缘条；环形绝缘条外圈与旋转装置的杯体内壳之间设置有间隙；所述的敏感单元由挠曲电介电材料制成，敏感单元的内侧和外侧分别镀有内侧金属电极和外侧金属电极，内侧金属电极和外侧金属电极通过引线连接至外部的电源。

上述基于逆挠曲电效应的运动机构锁紧装置，所述的环形绝缘条采用硅橡胶制成。

上述基于逆挠曲电效应的运动机构锁紧装置，所述的金属块为钨块。

上述基于逆挠曲电效应的运动机构锁紧装置，所述的挠曲电介电材料为非极化钛酸锶钡。

上述基于逆挠曲电效应的运动机构锁紧装置，所述的外侧金属电极和内侧金属电极为厚度10nm的蒸镀金层。

上述基于逆挠曲电效应的运动机构锁紧装置，所述支撑杆采用不锈钢材料制成。

上述基于逆挠曲电效应的运动机构锁紧装置，所述支撑杆和敏感单元的内圈之间粘接有环形绝缘条。

上述基于逆挠曲电效应的运动机构锁紧装置，所述的基座上设置有引线穿出的导管。

上述基于逆挠曲电效应的运动机构锁紧装置，所述环形绝缘条的外圈与旋转装置的杯体内壳之间的间隙为微米级别。

一种基于逆挠曲电效应的运动机构锁紧装置实现运动机构的锁紧方法，其特征在于：环形的敏感单元在若干只弧形结构的金属块的重力作用下内部产生沿环形径向方向的应变梯度；当外部的电源通过内侧金属电极和外侧金属电极输入相应电压至敏感单元后，施加的电压会沿着挠曲电材料应变梯度方向产生电场梯度，使环形结构的敏感单元产生沿环形径向方向扩展的机械应变，驱动环形绝缘条卡住旋转装置的杯体内壳，达到对运动机构锁紧的作用；当外部的电源电压为零时，敏感单元产生的机械应变归零，环形绝缘条与杯体内壳之间保持间隙状态，运动机构的锁紧解除，恢复运动状态。

和现有技术相比较，本发明具有以下优点：