一種彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器，屬于精密機(jī)械與微納米級精密定位【技術(shù)領(lǐng)域】。壓電疊堆驅(qū)動器設(shè)置在彈性框架中，預(yù)緊螺母安裝在彈性框架的內(nèi)螺紋通孔中，預(yù)緊螺母的下端面與壓電疊堆驅(qū)動器的上端面接觸。本發(fā)明能夠使彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器能夠?qū)ζ鋬?nèi)部的壓電疊堆驅(qū)動器施加預(yù)緊力，并且能夠方便、可靠的安裝壓電疊堆驅(qū)動器。壓電疊堆驅(qū)動器安裝于彈性框架中，結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小且方便與支座或被驅(qū)動件之間的連接。彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器提高了壓電疊堆驅(qū)動的可靠性、重復(fù)性與使用壽命，適用于高精度納米驅(qū)動、高頻諧振驅(qū)動和高精密定位系統(tǒng)中。
【專利說明】 一種彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器，屬于精密機(jī)械與微納米級精密定位【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]壓電疊堆驅(qū)動器用于精密儀器或設(shè)備中實(shí)現(xiàn)納米級位移驅(qū)動，力驅(qū)動，諧振驅(qū)動等。在應(yīng)用壓電疊堆驅(qū)動器時，為了避免在使用過程中動態(tài)載荷對壓電疊堆驅(qū)動器的損壞，需要對壓電疊堆驅(qū)動器施加預(yù)緊力，并且保證壓電疊堆驅(qū)動器能夠帶動其位移輸出端自由伸長與收縮；另外，為了方便安裝，一般要求壓電疊堆驅(qū)動器能夠固定在基座上，并且其輸出位移端能夠與被驅(qū)動件銜接固定。
[0003]目前，常見的壓電疊堆驅(qū)動器是裸壓電疊堆驅(qū)動器，這種驅(qū)動器上沒有施加預(yù)緊力，并且其固定方式通常為粘貼固定，與被驅(qū)動件的裝配不靈活；也有已施加預(yù)緊力的壓電疊堆驅(qū)動器，如PI公司的機(jī)械封裝的壓電疊堆驅(qū)動器，封裝后的壓電驅(qū)動器在應(yīng)用中往往易于安裝。但是市場上封裝的壓電疊堆驅(qū)動器的價位通常是同等規(guī)格的裸壓電疊堆驅(qū)動器的價位二倍多甚至更多。所以設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)新穎與成本低廉的具有預(yù)緊功能且便于安裝應(yīng)用的壓電疊堆驅(qū)動器是非常必要的。
[0004]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前市場上的機(jī)械封裝的壓電疊堆驅(qū)動器大多數(shù)采用封閉式封裝，將壓電疊堆驅(qū)動器放置于狹小的封閉空間內(nèi)，壓電疊堆驅(qū)動器的位移輸出端位于外部，實(shí)現(xiàn)對內(nèi)部壓電疊堆驅(qū)動器的預(yù)緊與位移驅(qū)動功能，這種封裝形式結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，方便安裝，然而其不足是內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且需要考慮防灰塵密封，成本較高。程伶俐等人提出一種壓電陶瓷驅(qū)動器彈性套筒(程伶俐，余曉芬等，壓電陶瓷驅(qū)動器彈性套筒的研究，中國機(jī)械工程，2010，21 (10):1139-1142)，其主要特征是在圓柱體套筒進(jìn)行局部切割形成彈性套筒，此封裝結(jié)構(gòu)簡單，但是長期使用進(jìn)入套筒內(nèi)的灰塵不易清除。中國專利號CN 200810010083.7，名稱為“壓電疊堆驅(qū)動器的封裝固定結(jié)構(gòu)器”的專利，提出一種π型的柔性封裝結(jié)構(gòu)對壓電疊堆驅(qū)動器施加預(yù)緊力，并在封裝結(jié)構(gòu)上開出安裝孔以便于驅(qū)動器的安裝，其不足之處是該封裝結(jié)構(gòu)占用空間大，不適用于空間有限的場合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:1、封閉式機(jī)械封裝的壓電疊堆驅(qū)動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且灰塵不易清除，需要考慮防灰塵密封；2、已有施加預(yù)緊力的壓電疊堆驅(qū)動器的封裝結(jié)構(gòu)占用空間大，且加工成本高，針對以上問題，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉且無需考慮灰塵問題的敞開式封裝的彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器。
[0006]本發(fā)明的目的是以下述方式實(shí)現(xiàn)的:
一種彈性框架，所述的彈性框架為一體結(jié)構(gòu)且關(guān)于中心線對稱，彈性框架的中心為腔體；腔體的上邊為上固定板，下邊為下固定板，上固定板和下固定板的上下兩端面均垂直于中心線；腔體的左右兩側(cè)分別為左彈性支撐板和右彈性支撐板，左彈性支撐板與右彈性支撐板的中間段分別為左彈性組件與右彈性組件；上固定板的的上端面四個角位置分別設(shè)置有緊固孔I，下固定板的下端面四個角的位置分別設(shè)置有緊固孔II ;彈性框架的內(nèi)螺紋通孔設(shè)置在上固定板的中心位置。
[0007]所述的彈性框架材質(zhì)為彈簧鋼或者鈹青銅。
一種彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器，壓電疊堆驅(qū)動器設(shè)置在彈性框架中，預(yù)緊螺母安裝在彈性框架的內(nèi)螺紋通孔中，預(yù)緊螺母的下端面與壓電疊堆驅(qū)動器的上端面接觸。
[0008]上述的彈性框架為一體結(jié)構(gòu)且關(guān)于中心線對稱，彈性框架的中心為腔體；腔體的上邊為上固定板，下邊為下固定板，上固定板和下固定板的上下兩端面均垂直于中心線；腔體的左右兩側(cè)分別為左彈性支撐板和右彈性支撐板，左彈性支撐板與右彈性支撐板的中間段分別為左彈性組件與右彈性組件；上固定板的的上端面四個角位置分別設(shè)置有緊固孔
I，下固定板的下端面四個角的位置分別設(shè)置有緊固孔II ;彈性框架的內(nèi)螺紋通孔設(shè)置在上固定板的中心位置。
[0009]所述的壓電疊堆驅(qū)動器用液膠黏固于彈性框架中，壓電疊堆驅(qū)動器關(guān)于中心線對稱。
[0010]所述的右彈性組件與左彈性組件為至少一個方波形或者三角波形或者倒U的彈性元件組成。
[0011]所述的彈性框架材質(zhì)為彈簧鋼或者鈹青銅。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠使彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器能夠?qū)ζ鋬?nèi)部的壓電疊堆驅(qū)動器施加預(yù)緊力，并且能夠方便、可靠的安裝壓電疊堆驅(qū)動器。壓電疊堆驅(qū)動器安裝于彈性框架中，結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小且方便與支座或被驅(qū)動件之間的連接。彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器提高了壓電疊堆驅(qū)動的可靠性、重復(fù)性與使用壽命，適用于高精度納米驅(qū)動、聞頻諧振驅(qū)動和聞精密定位系統(tǒng)中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是圖1的俯視圖。
[0014]圖3是圖2的階梯剖視圖。
[0015]圖4是方波形彈性組件。
[0016]圖5是三角波形彈性組件。
[0017]圖6是倒U形彈性組件。
[0018]其中，I是壓電疊堆驅(qū)動器；II是彈性框架JII是預(yù)緊螺母；1是中心線；2是內(nèi)螺紋通孔；3是緊固孔I ;4是右彈性組件；5是右彈性支撐板；6是緊固孔II ;7是下固定板；8是左彈性組件；9是左彈性支撐板；10是上固定板。

【具體實(shí)施方式】
[0019]一種彈性框架，所述的彈性框架II為一體結(jié)構(gòu)且關(guān)于中心線I對稱，彈性框架II的中心為腔體；腔體的上邊為上固定板10，下邊為下固定板7，上固定板10和下固定板7的上下兩端面均垂直于中心線；腔體的左右兩側(cè)分別為左彈性支撐板9和右彈性支撐板5，左彈性支撐板9與右彈性支撐板5的中間段分別為左彈性組件8與右彈性組件4 ;上固定板10的的上端面四個角位置分別設(shè)置有緊固孔I 3，下固定板7的下端面四個角的位置分別設(shè)置有緊固孔II 6 ;彈性框架II的內(nèi)螺紋通孔設(shè)置在上固定板10的中心位置。所述的彈性框架II材質(zhì)為45#鋼、65Mn彈簧鋼、60Si2Mn彈簧鋼、鈹青銅(QBe2)或者A17075-T6超硬鋁。一種彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器，壓電疊堆驅(qū)動器I設(shè)置在彈性框架II中，預(yù)緊螺母III安裝在彈性框架II的的內(nèi)螺紋通孔2中，預(yù)緊螺母III的下端面與壓電疊堆驅(qū)動器I的上端面接觸。上述的彈性框架II為一體結(jié)構(gòu)且關(guān)于中心線I對稱，彈性框架II的中心為腔體；腔體的上邊為上固定板10，下邊為下固定板7，上固定板10和下固定板7的上下兩端面均垂直于中心線；腔體的左右兩側(cè)分別為左彈性支撐板9和右彈性支撐板5，左彈性支撐板9與右彈性支撐板5的中間段分別為左彈性組件8與右彈性組件4 ;上固定板10的的上端面四個角位置分別設(shè)置有緊固孔I 3，下固定板7的下端面四個角的位置分別設(shè)置有緊固孔II 6 ;彈性框架II的內(nèi)螺紋通孔設(shè)置在上固定板10的中心位置。所述的壓電疊堆驅(qū)動器I用液膠黏固于彈性框架II中，壓電疊堆驅(qū)動器I關(guān)于中心線對稱。所述的右彈性組件4與左彈性組件8為至少一個方波形或者三角波形或者倒U的彈性元件組成。所述的彈性框架
II材質(zhì)為45#鋼、65Mn彈簧鋼、60Si2Mn彈簧鋼、鈹青銅(QBe2)或者A17075-T6超硬鋁。
[0020]彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器各組件之間的裝配實(shí)施方式:從彈性框架II的前邊或后邊，將壓電疊堆驅(qū)動器I放置于彈性框架II的腔體中，壓電疊堆驅(qū)動器I的兩側(cè)壁與彈性框架II的左彈性支撐板9與右彈性支撐板5的內(nèi)壁之間留有相同大小的間隙且壓電疊堆驅(qū)動器I的電源引線避開壓電疊堆驅(qū)動器I與左彈性支撐板9、右彈性支撐板5之間的最小間隙處，壓電疊堆驅(qū)動器I的一端面用膠液粘固于下固定板7的內(nèi)側(cè)面，預(yù)緊螺母II安裝于彈性框架I中的內(nèi)螺紋通孔2中，且使預(yù)緊螺母III的端面緊貼壓電疊堆驅(qū)動器I的另一端面，對壓電疊堆驅(qū)動器I施加一定的預(yù)緊力；裝配好的彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器整體關(guān)于中心線I對稱。
[0021]彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器的應(yīng)用實(shí)施方式:通過彈性框架II下固定板7上的四個緊固孔II 6將彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器緊固在基座上，將被驅(qū)動件通過彈性框架
II上固定板上10的四個緊固孔I 3緊固在彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器I上，給壓電疊堆驅(qū)動器I施加驅(qū)動電壓，根據(jù)逆壓電效應(yīng)，壓電疊堆驅(qū)動器I沿軸向伸長，帶動彈性框架II沿軸向伸長，最終使被驅(qū)動件沿軸向移動。
【權(quán)利要求】
1.一種彈性框架，其特征在于:所述的彈性框架為一體結(jié)構(gòu)且關(guān)于中心線對稱，彈性框架的中心為腔體；腔體的上邊為上固定板，下邊為下固定板，上固定板和下固定板的上下兩端面均垂直于中心線；腔體的左右兩側(cè)分別為左彈性支撐板和右彈性支撐板，左彈性支撐板與右彈性支撐板的中間段分別為左彈性組件與右彈性組件；上固定板的的上端面四個角位置分別設(shè)置有緊固孔I，下固定板的下端面四個角的位置分別設(shè)置有緊固孔II ;彈性框架的內(nèi)螺紋通孔設(shè)置在上固定板的中心位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彈性框架，其特征在于:所述的彈性框架材質(zhì)為彈簧鋼或者鈹青銅。
3.一種彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器，包括壓電疊堆驅(qū)動器，其特征在于:壓電疊堆驅(qū)動器設(shè)置在彈性框架中，預(yù)緊螺母安裝在彈性框架的的內(nèi)螺紋通孔中，預(yù)緊螺母的下端面與壓電疊堆驅(qū)動器的上端面接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器，其特征在于:所述的彈性框架為一體結(jié)構(gòu)且關(guān)于中心線對稱，彈性框架的中心為腔體；腔體的上邊為上固定板，下邊為下固定板，上固定板和下固定板的上下兩端面均垂直于中心線；腔體的左右兩側(cè)分別為左彈性支撐板和右彈性支撐板，左彈性支撐板與右彈性支撐板的中間段分別為左彈性組件與右彈性組件；上固定板的的上端面四個角位置分別設(shè)置有緊固孔I，下固定板的下端面四個角的位置分別設(shè)置有緊固孔II ;彈性框架的內(nèi)螺紋通孔設(shè)置在上固定板的中心位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器，其特征在于:所述的壓電疊堆驅(qū)動器用液膠黏固于彈性框架中，壓電疊堆驅(qū)動器關(guān)于中心線對稱。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器，其特征在于:所述的右彈性組件與左彈性組件為至少一個方波形或者三角波形或者倒U形的彈性元件組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種彈性體預(yù)緊的壓電疊堆驅(qū)動器，其特征在于:所述的彈性框架材質(zhì)為彈簧鋼或者鈹青銅。
【文檔編號】H02N2/04GK104241516SQ201410506970
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】張段芹, 吳學(xué)紅, 張德海, 王守方, 楊發(fā)亮, 劉建秀, 張海波 申請人:鄭州輕工業(yè)學(xué)院