專利名稱：調(diào)心式雙振子行波型超聲波電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種超聲頻壓電驅(qū)動(dòng)裝置，特別涉及一種調(diào)心式雙振子行波型超聲波電機(jī)。
背景技術(shù)：
超聲波電機(jī)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種全新概念的微特電機(jī)。其工作原理是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，激發(fā)振子在超生頻段內(nèi)的微幅振動(dòng)，并通過(guò)振子與動(dòng)子之間的摩擦作用將振動(dòng)轉(zhuǎn)換成動(dòng)子的直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出功率，驅(qū)動(dòng)負(fù)載。超聲波電機(jī)與傳統(tǒng)的電磁電機(jī)相比，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活、運(yùn)動(dòng)形式多樣、斷電自鎖、慣性小、響應(yīng)快、控制特性好等特性。同時(shí)，超聲波電機(jī)還具有低速、扭矩/體積比大的優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)有技術(shù)中，旋轉(zhuǎn)行波型超聲波電機(jī)由殼體、端蓋、輸出軸及一個(gè)振子和一個(gè)動(dòng)子構(gòu)成，振子相當(dāng)于普通電動(dòng)機(jī)的定子，動(dòng)子相當(dāng)于普通電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，在振子一側(cè)的端面上粘貼有由兩組壓電陶瓷片構(gòu)成的圓環(huán)形的壓電元件，振子另一側(cè)的端面與動(dòng)子的一個(gè)端面緊密接觸，形成摩擦驅(qū)動(dòng) 面。將高頻、交變sin、cos信號(hào)施加于壓電元件上，就激發(fā)出驅(qū)動(dòng)振子彈性體的彎曲振動(dòng)行波，當(dāng)彎曲行波在振子的圓周上傳播時(shí)，振子圓周上的任一質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)的軌跡都是橢圓形，且橢圓旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針。由于動(dòng)子緊壓在振子表面并與波峰接觸，且振子各波峰處粒子旋轉(zhuǎn)方向相同，因而動(dòng)子就在摩擦力的驅(qū)動(dòng)下逆著行波傳播方向運(yùn)動(dòng)，將振子表面質(zhì)點(diǎn)的微觀橢圓運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為動(dòng)子的宏觀運(yùn)動(dòng)，最終，實(shí)現(xiàn)超聲波電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)行波傳播方向改變時(shí)，質(zhì)點(diǎn)微觀橢圓軌跡也同時(shí)換向，動(dòng)子沿相反的方向運(yùn)動(dòng)。這種超聲波電機(jī)存在的主要問(wèn)題是，摩擦驅(qū)動(dòng)面為單個(gè)面，因而驅(qū)動(dòng)力矩小，在一定程度上限制了其應(yīng)用。中國(guó)專利“CN202231635U”公開了一種“雙振子并聯(lián)式行波型超聲波電機(jī)”。它包括固定底座、端部座板、振子、動(dòng)子及輸出軸，它在動(dòng)子的兩側(cè)分別安裝有一個(gè)振子，構(gòu)成雙振子行波型超聲波電機(jī)。該超聲波電機(jī)在每個(gè)動(dòng)子的兩側(cè)都設(shè)置一個(gè)摩擦驅(qū)動(dòng)面，形成雙面驅(qū)動(dòng)，增大了驅(qū)動(dòng)力矩，提高了超聲波電機(jī)的功率。但超聲波電機(jī)的額定功率通常都比較小，一般只有幾瓦。由于機(jī)械加工中不可避免的加工誤差和裝配中產(chǎn)生的偏差，常會(huì)導(dǎo)致振子與動(dòng)子的接觸界面預(yù)壓力分布不均，進(jìn)而導(dǎo)致超聲波電機(jī)的空載速度波動(dòng)率上升、穩(wěn)定輸出性能下降、壽命降低等問(wèn)題。因此，如何使轉(zhuǎn)子與動(dòng)子接觸面的預(yù)壓力均勻分布，提高超聲波電機(jī)的輸出性能和穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高超聲波電機(jī)的使用壽命是人們關(guān)心、并需要解決的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有超聲波電機(jī)存在的穩(wěn)定輸出性能差、使用壽命短的問(wèn)題，提供一種穩(wěn)定輸出性能好、使用壽命長(zhǎng)的調(diào)心式雙振子行波型超聲波電機(jī)。本實(shí)用新型包括固定底座、端部座板、振子、動(dòng)子及輸出軸，動(dòng)子安裝在輸出軸上，輸出軸通過(guò)軸承安裝在固定底座和端部座板上，振子有二個(gè)，分別安裝在動(dòng)子的兩側(cè)，振子外側(cè)端面上粘貼有壓電元件，振子內(nèi)側(cè)端面與動(dòng)子的端面緊密接觸，構(gòu)成雙面摩擦驅(qū)動(dòng)，其特殊之處是，在振子外側(cè)端面中心有一個(gè)球面凹坑，在振子與固定底座及端部座板之間安裝有調(diào)心基座，調(diào)心基座上有與振子上的球面凹坑相配合的球面，以調(diào)節(jié)振子與動(dòng)子接觸面上的預(yù)壓力，在固定底座和端部座板上還分別安裝有與振子相配合的導(dǎo)向限位螺釘。在端部座板的外圓周上有若干個(gè)凸起，在固定底座的一側(cè)有若干個(gè)與端部座板上的凸起相配合的凹槽，對(duì)端部座板起到導(dǎo)向限位作用。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，在固定底座、端部座板與振子之間安裝調(diào)心基座，利用調(diào)心基座上的球面及振子外側(cè)端面中心的球面凹坑對(duì)加工誤差和裝配中產(chǎn)生的偏差自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，確保振子與動(dòng)子的接觸面均勻接觸，從而使振子與動(dòng)子接觸面的預(yù)壓力均勻分布，提高了超聲波電機(jī)的穩(wěn)定輸出性能，降低了超聲波電機(jī)的空載速度波動(dòng)率，進(jìn)而延長(zhǎng)了超
圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I的右視圖；圖3是本實(shí)用新型振子的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3的左視圖；圖5是圖3的右視圖；圖6是本實(shí)用新型調(diào)心基座的結(jié)構(gòu)不意圖；圖7是圖6的左視圖；圖8是本實(shí)用新型固定底座的結(jié)構(gòu)不意圖；圖9是圖8的右視圖；圖10是本實(shí)用新型端部座板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是圖10的左視圖。
具體實(shí)施方式
如附圖所示，本實(shí)用新型包括固定底座I、端部座板10、振子7、動(dòng)子9及輸出軸4，動(dòng)子9為圓形，其兩側(cè)端面向內(nèi)凹，端面的外緣為圓環(huán)形，該圓環(huán)形端面為動(dòng)子9的工作表面，動(dòng)子9通過(guò)平鍵11安裝在輸出軸4上，并可在輸出軸4上做微量軸向移動(dòng)，輸出軸4通過(guò)軸承12安裝在固定底座I和端部座板10上；在輸出軸4的輸出端安裝有鎖緊圈5，在輸出軸4上、端部座板10的外側(cè)安裝有彈簧16，所述的彈簧16為一對(duì)碟狀彈簧片，一對(duì)碟狀彈簧片相對(duì)設(shè)置，即二個(gè)碟狀彈簧片扣在一起，彈簧16用墊圈15和螺母14固定在輸出軸4上，在彈簧16與軸承12之間還安裝有套筒13，彈簧16和螺母14組成預(yù)壓力調(diào)整裝置，通過(guò)調(diào)整螺母14改變彈簧16的變形量，調(diào)整端部座板10的軸向位置，進(jìn)而調(diào)整振子7與動(dòng)子9之間的預(yù)壓力；振子7有二個(gè)，分別安裝在動(dòng)子9的兩側(cè)，在振子7外側(cè)端面上粘貼有由兩組壓電陶瓷片構(gòu)成的圓環(huán)形的壓電元件8，在振子7內(nèi)側(cè)端面上有一圈凸齒7a，以便于在不提高振子彎曲剛度、固有頻率的情況下，有效增大振子7圓周方向的振幅；所述的凸齒7a為內(nèi)側(cè)小、外側(cè)大的扇形，凸齒7a在振子7上構(gòu)成圓環(huán)形工作表面,振子7內(nèi)側(cè)端面與動(dòng)子9的端面緊密接觸，即振子7上由凸齒7a構(gòu)成的圓環(huán)形工作表面與動(dòng)子9上的圓環(huán)形工作表面緊密接觸，形成摩擦驅(qū)動(dòng)面，并由二個(gè)振子7構(gòu)成雙面摩擦驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)子9旋轉(zhuǎn)，動(dòng)子9通過(guò)輸出軸4輸出動(dòng)力，構(gòu)成雙振子行波型超聲波電機(jī)；在振子7上有一個(gè)導(dǎo)向限位孔7c，在振子7外側(cè)端面中心有一個(gè)球面凹坑7b，在振子7與固定底座I及端部座板10之間安裝有調(diào)心基座2，調(diào)心基座2用內(nèi)六角圓柱頭螺釘3固定在固定底座I及端部座板10上，調(diào)心基座2上有與振子7上的球面凹坑7b相配合的球面2a，以調(diào)節(jié)振子7與動(dòng)子9接觸面上的預(yù)壓力，振子7上的球面凹坑7b與調(diào)心基座2上的球面2a相接觸，在提供預(yù)壓力時(shí)振子7可根據(jù)動(dòng)子9的接觸面位置而自動(dòng)調(diào)整位置，達(dá)到振子7與動(dòng)子9的均勻接觸，保證振子7與動(dòng)子9接觸面上的壓力均勻一致，從而提高超聲波電機(jī)的性能穩(wěn)定性；在固定底座I和端部座板10上還分別安裝有導(dǎo)向限位螺釘6，導(dǎo)向限位螺釘6的釘帽伸入到振子7上的導(dǎo)向限位孔7c中，與振子7上的導(dǎo)向限位孔7c相配合，導(dǎo)向限位螺釘6允許振子7有軸向微小偏轉(zhuǎn)，不允許振子7與固定底座I和端部座板10之間發(fā)生徑向轉(zhuǎn)動(dòng)；在端部座板10的外圓周上有四個(gè)凸起10a，在固定底座I的一側(cè)有四個(gè)凹槽la，凹槽Ia與端部座板10上的凸起IOa相配合，即凸起IOa伸入到凹槽Ia中，對(duì)端部座板10起到導(dǎo)向限位作用，保證端部座板10與固定底座I之間不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證兩個(gè)振子7不發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn) 動(dòng)，并且端部座板10可進(jìn)行微量的軸向移動(dòng)，進(jìn)而調(diào)整超聲波電機(jī)預(yù)壓力的大小。本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)方式及工作原理與現(xiàn)有技術(shù)相同，振子7的工作模態(tài)為兩正交的面外彎曲模態(tài)，在正弦、余弦信號(hào)同時(shí)激勵(lì)下，振子7體表面質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓，表面形成行波，依靠摩擦驅(qū)動(dòng)動(dòng)子9旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求1.一種調(diào)心式雙振子行波型超聲波電機(jī)，它包括固定底座、端部座板、振子、動(dòng)子及輸出軸，動(dòng)子安裝在輸出軸上，輸出軸通過(guò)軸承安裝在固定底座和端部座板上，振子有二個(gè)，分別安裝在動(dòng)子的兩側(cè)，振子外側(cè)端面上粘貼有壓電元件，振子內(nèi)側(cè)端面與動(dòng)子的端面緊密接觸，構(gòu)成雙面摩擦驅(qū)動(dòng)，其特征在于，在振子外側(cè)端面中心有一個(gè)球面凹坑，在振子與固定底座及端部座板之間安裝有調(diào)心基座，調(diào)心基座上有與振子上的球面凹坑相配合的球面，在固定底座和端部座板上還分別安裝有與振子相配合的導(dǎo)向限位螺釘。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的調(diào)心式雙振子行波型超聲波電機(jī)，其特征在于，在端部座板的外圓周上有若干個(gè)凸起，在固定底座的一側(cè)有若干個(gè)與端部座板上的凸起相配合的凹槽。
專利摘要一種調(diào)心式雙振子行波型超聲波電機(jī)，包括固定底座、端部座板、振子、動(dòng)子及輸出軸，動(dòng)子安裝在輸出軸上，輸出軸通過(guò)軸承安裝在固定底座和端部座板上，振子有二個(gè)，分別安裝在動(dòng)子的兩側(cè)，振子外側(cè)端面上粘貼有壓電元件，振子內(nèi)側(cè)端面與動(dòng)子的端面緊密接觸，構(gòu)成雙面摩擦驅(qū)動(dòng)，其特殊之處是，在振子外側(cè)端面中心有一個(gè)球面凹坑，在振子與固定底座及端部座板之間安裝有調(diào)心基座，調(diào)心基座上有與振子上的球面凹坑相配合的球面，在固定底座和端部座板上還分別安裝有與振子相配合的導(dǎo)向限位螺釘；優(yōu)點(diǎn)在于，利用調(diào)心基座對(duì)振子自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，使振子與動(dòng)子接觸面的預(yù)壓力均勻分布，提高了超聲波電機(jī)的穩(wěn)定輸出性能，延長(zhǎng)了超聲波電機(jī)的使用壽命。
文檔編號(hào)H02N2/16GK202634317SQ20122025855
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者王宏祥, 田東閣, 李治辰, 何勍 申請(qǐng)人:遼寧工業(yè)大學(xué)