專利名稱：使用復合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種使用復合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺，屬于壓電超聲驅動技術領域。
背景技術：
直線平臺是機械制造和精密儀器領域中最為常用的一種設備，目前成熟的直線平臺多數(shù)采用旋轉型電磁電機作為驅動元件，通過絲杠螺母機構將電磁電機的旋轉運動轉換為工作平臺的直線運動；由于采用了轉換機構，使得系統(tǒng)較為復雜，并且一定程度上會降低平臺的定位精度。直線型超聲電機利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在彈性體中激勵出超聲頻段內的振動，在彈性體表面特定點或特定區(qū)域形成具有特定軌跡的質點運動，進而通過振子、動子之間的摩擦耦合將質點的微觀運動轉換成動子的直線運動，具有低速大推力、定位精度高、無電磁干擾、響應速度快和斷電自鎖等優(yōu)點。直線型超聲電機的優(yōu)點使得其非常適合應用于直線平臺中實現(xiàn)直接驅動。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有電磁電機驅動的直線平臺存在的結構復雜、定位精度低等問題，提供了一種使用復合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺。本發(fā)明所述使用復合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺，它包括振子、兩個直線導軌、兩個動子、兩個擋板、平臺、基座、兩個定位架、預壓梁、板簧和預壓螺釘，兩個直線導軌平行設置于基座的上表面，每個直線導軌上均設置有一個動子，兩個動子沿運動方向的一側端部與一個擋板固定連接，兩個動子沿運動方向的另一側端部與另一個擋板固定連接，平臺與兩個擋板的上端面固定連接，預壓梁通過兩個定位架固定在基座上，該預壓梁高于動子且位于兩個動子的中間，所述振子包括兩個安裝座和兩個驅動足，每個定位架的內側表面中間加工有矩形截面槽，振子中間的兩側面對稱設置兩個安裝座，所述兩個安裝座分別嵌入安裝在兩個定位架的矩形截面槽內，板簧的兩端分別固定在兩個安裝座的上端面上，旋合在預壓梁上的預壓螺釘?shù)哪┒藟涸诎寤缮媳砻娴闹虚g， 使振子的兩個驅動足分別與一個動子的上表面相接觸。所述振子還包括兩個端蓋、八片彎振壓電陶瓷片、法蘭、兩個薄壁梁、兩個絕緣套、 八個電極片和兩個摩擦片，所述兩個安裝座對稱設置于法蘭的兩側，每個安裝座均通過薄壁梁與法蘭固定連接，法蘭的兩個端面分別居中設置一個螺柱，每個螺柱上均套有四片彎振壓電陶瓷片，螺柱與四片彎振壓電陶瓷片的套接面之間設置有絕緣套，在法蘭的端面與彎振壓電陶瓷片之間、及相鄰的彎振壓電陶瓷片之間均固定有電極片；所述端蓋是截面為方形或者圓形并由首端面至末端面逐漸變細的塊體，端蓋的首端面的中心有一個帶內螺紋的盲孔，兩個端蓋分別通過其盲孔旋合于兩個螺柱的端部，從而將彎振壓電陶瓷片壓緊在端蓋和相應的法蘭端面之間，每個端蓋的末端面上設置一個驅動足，驅動足為截面和端蓋的末端面形狀完全相同的塊體，所述截面與端蓋的末端面相互平行，每個驅動足的底側面上設置有矩形槽，該矩形槽內固定摩擦片，驅動足通過摩擦片與動子的上表面相接觸；所述彎振壓電陶瓷片均沿厚度方向極化，將兩個端蓋之間的八片彎振壓電陶瓷片順序排號，第一片和第二片彎振壓電陶瓷片極化方向相反、第二片和第七片彎振壓電陶瓷片極化方向相同、第七片和第八片彎振壓電陶瓷片極化方向相反、第三片和第四片彎振壓電陶瓷片極化方向相反、第四片和第五片彎振壓電陶瓷片極化方向相同、第五片和第六片彎振壓電陶瓷片極化方向相反；每片彎振壓電陶瓷片由對稱切分的兩個半片壓電陶瓷片組成，該兩個半片壓電陶瓷片極化方向相反，第一、二、七、八片彎振壓電陶瓷片的切分線共面，第三、四、五、六片彎振壓電陶瓷片的切分線共面，分別共面的兩種切分線相互垂直。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明采用超聲電機實現(xiàn)了對直線平臺的直接驅動，省去了中間轉換機構，使得直線平臺的機構得到了很大程度上的簡化；超聲振子的定位精度可達納米級，可有效提高直線平臺的定位精度。本發(fā)明具有結構簡單、定位精度高、性能穩(wěn)定、易于控制、可系列化生產的優(yōu)點。本發(fā)明在使用中，從振子的任意一側端蓋的方向起，第二、四、五、七個電極片與驅動電源的公共端連接，第一、八個電極片和驅動電源的一相驅動信號連接，第三、六個電極片與驅動電源的另外一相驅動信號連接。所述彎振壓電陶瓷片采用幅值相等、頻率為振子二階彎振特征頻率、相位差為 +90°的兩相交流電壓信號激勵，利用彎振壓電陶瓷片的伸縮振動在振子中激勵出兩個同型正交的二階彎曲振動模態(tài)，兩個彎曲振動模態(tài)疊加在兩個驅動足表面質點產生同向的橢圓運動軌跡，進而通過驅動足和動子之間的摩擦耦合實現(xiàn)直線平臺的直線運動輸出。如果調整兩相激勵信號的相位差為-90°，可以實現(xiàn)反向驅動。


圖1為本發(fā)明的立體結構示意圖；圖2為圖1的局部剖視圖；圖3為圖1中振子的剖視圖；圖4為圖1中振子的立體結構示意圖；圖5為圖1中順序放置的八片彎振壓電陶瓷片的極化方向示意圖；圖6為圖3所示振子的第一種基本彎曲振動模態(tài)振型示意圖；圖7為圖3所示振子的第二種基本彎曲振動模態(tài)振型示意圖。
具體實施方式
具體實施方式
一下面結合圖1至圖7說明本實施方式，本實施方式所述使用復合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺，它包括振子1、兩個直線導軌2、兩個動子3、兩個擋板 4、平臺5、基座6、兩個定位架7、預壓梁8、板簧9和預壓螺釘10，兩個直線導軌2平行設置于基座6的上表面，每個直線導軌2上均設置有一個動子3，兩個動子3沿運動方向的一側端部與一個擋板4固定連接，兩個動子3沿運動方向的另一側端部與另一個擋板4固定連接，平臺5與兩個擋板4的上端面固定連接，預壓梁8通過兩個定位架7固定在基座6上，該預壓梁8高于動子3且位于兩個動子3的中間，所述振子1包括兩個安裝座1-5和兩個驅動足1-1-1，每個定位架7的內側表面中間加工有矩形截面槽7-1，振子1中間的兩側面對稱設置兩個安裝座1-5，所述兩個安裝座1-5分別嵌入安裝在兩個定位架7的矩形截面槽7-1 內，板簧9的兩端分別固定在兩個安裝座1-5的上端面上，旋合在預壓梁8上的預壓螺釘10 的末端壓在板簧9上表面的中間，使振子1的兩個驅動足1-1-1分別與一個動子3的上表面相接觸。所述兩個定位架7平行固定在基座6上，每個定位架7內側均加工有矩形截面槽 7-1，振子1上的兩個安裝座1-5分別安裝在兩個定位架7內側矩形截面槽7-1內，共同實現(xiàn)對振子1的定位，由此保證振子1只能沿豎直方向運動。預壓梁8與定位架7頂端固定連接，板簧9與振子1上的兩個安裝座1-5的上端面固定連接，旋合在預壓梁8上的預壓螺釘10的末端壓在板簧4的上側面并推動振子1，使得兩個驅動足1-1-1與兩個動子3的上表面分別接觸，并實現(xiàn)振子和動子之間預壓力的施加。
具體實施方式
二 下面結合圖3至圖7說明本實施方式，本實施方式為對實施方式一的進一步說明，所述振子1還包括兩個端蓋1-1、八片彎振壓電陶瓷片1-2、法蘭1-3、兩個薄壁梁1-4、兩個絕緣套1-6、八個電極片1-7和兩個摩擦片1-8，所述兩個安裝座1-5對稱設置于法蘭1-3的兩側，每個安裝座1-5均通過薄壁梁 1-4與法蘭1-3固定連接，法蘭1-3的兩個端面分別居中設置一個螺柱1-3-1，每個螺柱1-3-1上均套有四片彎振壓電陶瓷片1-2，螺柱1-3-1與四片彎振壓電陶瓷片1-2的套接面之間設置有絕緣套 1-6，在法蘭1-3的端面與彎振壓電陶瓷片1-2之間、及相鄰的彎振壓電陶瓷片1-2之間均固定有電極片1-7 ；所述端蓋1-1是截面為方形或者圓形并由首端面至末端面逐漸變細的塊體，端蓋 1-1的首端面的中心有一個帶內螺紋的盲孔，兩個端蓋1-1分別通過其盲孔旋合于兩個螺柱1-3-1的端部，從而將彎振壓電陶瓷片1-2壓緊在端蓋1-1和相應的法蘭1-3端面之間，每個端蓋1-1的末端面上設置一個驅動足1-1-1，驅動足1-1-1為截面和端蓋1-1 的末端面形狀完全相同的塊體，所述截面與端蓋1-1的末端面相互平行，每個驅動足1-1-1 的底側面上設置有矩形槽，該矩形槽內固定摩擦片1-8，驅動足1-1-1通過摩擦片1-8與動子3的上表面相接觸；所述彎振壓電陶瓷片1-2均沿厚度方向極化，將兩個端蓋1-1之間的八片彎振壓電陶瓷片1-2順序排號，
第一片和第二片彎振壓電陶瓷片1-2極化方向相反、第二片和第七片彎振壓電陶瓷片1-2極化方向相同、第七片和第八片彎振壓電陶瓷片1-2極化方向相反、第三片和第四片彎振壓電陶瓷片1-2極化方向相反、第四片和第五片彎振壓電陶瓷片1-2極化方向相同、 第五片和第六片彎振壓電陶瓷片1-2極化方向相反；每片彎振壓電陶瓷片1-2由對稱切分的兩個半片壓電陶瓷片1-2-1組成，該兩個半片壓電陶瓷片1-2-1極化方向相反，第一、二、七、八片彎振壓電陶瓷片1-2的切分線共面，第三、四、五、六片彎振壓電陶瓷片1-2的切分線共面，分別共面的兩種切分線相互垂直。
具體實施方式
三本實施方式為對實施方式一或二的進一步說明，所述彎振壓電陶瓷片1-2的橫截面為方形或者圓形。
具體實施方式
四本實施方式為對實施方式一、二或三的進一步說明，所述驅動足 1-1-1與端蓋1-1為一體件。
具體實施方式
五本實施方式為對實施方式一、二、三或四的進一步說明，所述法蘭1-3、螺柱1-3-1、薄壁梁1-4和安裝座1-5為一體件。所述薄壁梁1-4可以實現(xiàn)彈性支撐和振動隔離的效果，能夠將振子1與其它構件的聯(lián)接對振子1的彎曲振動模態(tài)的影響程度降到最低。
權利要求
1.一種使用復合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺，其特征在于它包括振子(1)、兩個直線導軌O)、兩個動子(3)、兩個擋板、平臺(5)、基座(6)、兩個定位架(7)、預壓梁 (8)、板簧(9)和預壓螺釘(10)，兩個直線導軌(2)平行設置于基座(6)的上表面，每個直線導軌(2)上均設置有一個動子(3)，兩個動子C3)沿運動方向的一側端部與一個擋板固定連接，兩個動子(3)沿運動方向的另一側端部與另一個擋板固定連接，平臺( 與兩個擋板的上端面固定連接，預壓梁(8)通過兩個定位架(7)固定在基座(6)上，該預壓梁(8)高于動子C3)且位于兩個動子(3)的中間，所述振子(1)包括兩個安裝座(1-5)和兩個驅動足(1-1-1)，每個定位架(7)的內側表面中間加工有矩形截面槽(7-1)，振子(1)中間的兩側面對稱設置兩個安裝座(1-5)，所述兩個安裝座(1-5)分別嵌入安裝在兩個定位架(7)的矩形截面槽(7-1)內，板簧(9)的兩端分別固定在兩個安裝座(1-5)的上端面上，旋合在預壓梁⑶ 上的預壓螺釘(10)的末端壓在板簧(9)上表面的中間，使振子(1)的兩個驅動足(1-1-1) 分別與一個動子(3)的上表面相接觸。
2.根據(jù)權利要求1所述的使用復合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺，其特征在于 所述振子(1)還包括兩個端蓋(1-1)、八片彎振壓電陶瓷片(1-2)、法蘭(1-3)、兩個薄壁梁 (1-4)、兩個絕緣套(1-6)、八個電極片(1-7)和兩個摩擦片(1-8)，所述兩個安裝座(1-5)對稱設置于法蘭(1-3)的兩側，每個安裝座(1-5)均通過薄壁梁(1-4)與法蘭(1-3)固定連接，法蘭(1-3)的兩個端面分別居中設置一個螺柱(1-3-1)，每個螺柱(1-3-1)上均套有四片彎振壓電陶瓷片(1-2)，螺柱(1-3-1)與四片彎振壓電陶瓷片(1-2)的套接面之間設置有絕緣套(1-6)，在法蘭(1- 的端面與彎振壓電陶瓷片(1- 之間、及相鄰的彎振壓電陶瓷片(1-2)之間均固定有電極片(1-7)；所述端蓋(1-1)是截面為方形或者圓形并由首端面至末端面逐漸變細的塊體，端蓋 (1-1)的首端面的中心有一個帶內螺紋的盲孔，兩個端蓋(1-1)分別通過其盲孔旋合于兩個螺柱(1-3-1)的端部，從而將彎振壓電陶瓷片(1-2)壓緊在端蓋(1-1)和相應的法蘭 (1-3)端面之間，每個端蓋(1-1)的末端面上設置一個驅動足(1-1-1)，驅動足(1-1-1)為截面和端蓋 (1-1)的末端面形狀完全相同的塊體，所述截面與端蓋(1-1)的末端面相互平行，每個驅動足(1-1-1)的底側面上設置有矩形槽，該矩形槽內固定摩擦片(1-8)，驅動足(1-1-1)通過摩擦片(1-8)與動子(3)的上表面相接觸；所述彎振壓電陶瓷片(1- 均沿厚度方向極化，將兩個端蓋(1-1)之間的八片彎振壓電陶瓷片(1-2)順序排號，第一片和第二片彎振壓電陶瓷片(1-2)極化方向相反、第二片和第七片彎振壓電陶瓷片(1-2)極化方向相同、第七片和第八片彎振壓電陶瓷片(1-2)極化方向相反、第三片和第四片彎振壓電陶瓷片(1-2)極化方向相反、第四片和第五片彎振壓電陶瓷片(1-2)極化方向相同、第五片和第六片彎振壓電陶瓷片(1-2)極化方向相反；每片彎振壓電陶瓷片(1-2)由對稱切分的兩個半片壓電陶瓷片(1-2-1)組成，該兩個半片壓電陶瓷片(1-2-1)極化方向相反，第一、二、七、八片彎振壓電陶瓷片(1-2)的切分線共面，第三、四、五、六片彎振壓電陶瓷片(1-2)的切分線共面，分別共面的兩種切分線相互垂直。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的使用復合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺，其特征在于所述彎振壓電陶瓷片(1-2)的橫截面為方形或者圓形。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的使用復合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺，其特征在于所述驅動足(1-1-1)與端蓋(1-1)為一體件。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的使用復合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺，其特征在于所述法蘭(1-3)、螺柱(1-3-1)、薄壁梁(1-4)和安裝座(1-5)為一體件。
全文摘要
使用復合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺，屬于壓電超聲驅動技術領域。它解決了現(xiàn)有電磁電機驅動的直線平臺存在的結構復雜、定位精度低等問題。它包括振子、兩個直線導軌、兩個動子、兩個擋板、平臺、基座、兩個定位架、預壓梁、板簧和預壓螺釘，兩個直線導軌平行設置于基座的上表面，每個直線導軌上均設置有一個動子，兩個動子沿運動方向的一側端部與一個擋板固定連接，兩個動子沿運動方向的另一側端部與另一個擋板固定連接，平臺與兩個擋板的上端面固定連接，預壓梁通過兩個定位架固定在基座上，該預壓梁高于動子且位于兩個動子的中間。本發(fā)明作為一種采用超聲振子的直線平臺。
文檔編號H02N2/04GK102324867SQ201110283990
公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權日2011年9月22日
發(fā)明者劉軍考, 劉英想, 石勝君, 陳維山 申請人:哈爾濱工業(yè)大學