一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達，屬于精密驅動與傳動的技術領域。
【背景技術】
[0002]超聲電機(又可稱作壓電馬達)是一種利用壓電元件的逆壓電效應激發(fā)定子彈性體產(chǎn)生微幅高頻的超聲振動，通過定子與動子間的摩擦親合實現(xiàn)機械能輸出的微特電機。根據(jù)動子的輸出形式不同，超聲電機可分為直線、旋轉與多自由度等幾種輸出類型。螺紋超聲電機作為目前諸多輸出類型超聲電機中的一種，其定子與動子間主要采用螺紋副進行傳動，通過螺紋傳動副實現(xiàn)旋轉直線兩自由度運動的輸出。與其它類超聲電機相比，螺紋副超聲電機具有結構簡單、定位精度高等優(yōu)勢，可廣泛應用于精密驅動與傳動的技術領域。
[0003]中國發(fā)明專利《超聲導螺桿電動機》，授權公告號為CN1879232B，授權公告日為2010年04月07日，公開了一種用于驅動包含具有旋轉軸的螺紋軸和與其配合的螺紋螺母的螺紋軸組件的裝置，將螺紋螺母進行超聲振動導致螺紋軸沿著軸向方向同時旋轉并移動，螺紋軸連接到將軸向力施加到螺紋軸的載荷；中國發(fā)明專利《螺紋式直線超聲電機》，申請公布號為CN 103036472A，申請公布日為2013年04月10日，公開的一種螺紋式直線超聲電機包括定子和轉子，定子包括定子基體和粘貼在其上的縱振壓電片和扭振壓電片，定子基體為，在中空圓柱體上切出均布的四個平面，用于粘貼縱振壓電片和扭振壓電片，縱振壓電片和扭振壓電片均對稱安裝，成對使用，轉子貫穿于定子，并通過轉子的外螺紋與定子上的兩個螺紋驅動端的內螺紋相配合，縱振壓電片和扭振壓電片在定子上激勵出縱振和扭振的復合振動，使得定子螺紋驅動端上的質點運動軌跡為橢圓，定子通過摩擦驅動轉子旋轉，并將旋轉運動轉化為直線運動。
[0004]上述幾種實現(xiàn)方式的螺紋副驅動型超聲電機，其雖能在壓電元件超聲振動激勵下實現(xiàn)旋轉直線運動輸出，但由于其定子與動子間普遍采用單點接觸驅動方式，導致其存在運動穩(wěn)定性差、輸出力較小等技術問題，嚴重制約了螺紋副驅動型超聲電機的進一步應用與發(fā)展。
【發(fā)明內容】
[0005]為解決當前螺紋副驅動型超聲電機的定子與動子間普遍采用單點接觸驅動方式，導致其存在運動穩(wěn)定性差、輸出力較小等技術問題，本實用新型公開了一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達。
[0006]本實用新型所采用的技術方案是:一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達，由懸臂梁振子、4m個它激式伸縮元件和螺紋輸出軸組成;所述懸臂梁振子設置有法蘭盤、4個固定安裝孔、避讓孔、內連接螺紋和4m個粘接外平面，懸臂梁振子的法蘭盤設置于懸臂梁振子的一側端部，其通過4個固定安裝孔實現(xiàn)懸臂梁振子的安裝固定，懸臂梁振子的4個固定安裝孔均勻設置于法蘭盤端面的同一半徑圓周上，內連接螺紋設置于懸臂梁振子的自由端部，避讓孔設置于懸臂梁振子靠近法蘭盤的一側端部，且避讓孔為直徑大于內連接螺紋孔徑的光滑圓孔，懸臂梁振子的4m個粘接外平面用于布置它激式伸縮元件，其中，m為大于等于2的正整數(shù);所述4m個它激式伸縮元件均勻布置于懸臂梁振子中4m個粘接外平面的同一圓周上，且它激式伸縮元件到懸臂梁振子自由端的距離大于其到懸臂梁振子中法蘭盤的距離;所述螺紋輸出軸設置有外連接螺紋，其與懸臂梁振子的內連接螺紋旋合連接;所述4m個它激式伸縮元件中相互間隔布置的2m個它激式伸縮元件構成激振組A，其余相互間隔布置的2m個它激式伸縮元件構成激振組B;所述懸臂梁振子的內連接螺紋和螺紋輸出軸的外連接螺紋可為梯形螺紋、三角形螺紋、矩形螺紋、鋸齒形螺紋、管螺紋或非標螺紋;所述它激式伸縮元件可為電致伸縮片、磁致伸縮片、光致伸縮片或熱致伸縮片。
[0007]本實用新型的有益效果:本實用新型一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達，通過施加超聲頻段內的交流激勵電信號于它激式伸縮元件，激發(fā)懸臂梁振子產(chǎn)生兩列具有多個波長的駐波振動模態(tài)，利用振動模態(tài)的疊加耦合，在懸臂梁振子與螺紋輸出軸之間產(chǎn)生包含多個波峰和波谷的驅動行波，驅動螺紋輸出軸實現(xiàn)運動輸出。本實用新型具有運動平穩(wěn)性好、輸出力大等技術優(yōu)勢，在精密驅動與傳動技術領域具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0008]圖1所示為本實用新型提出的一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達的結構示意圖；
[0009]圖2所示為本實用新型提出的一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達的懸臂梁振子的剖視圖；
[0010]圖3所示為本實用新型提出的一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達的懸臂梁振子的側視圖；
[0011]圖4所示為本實用新型提出的一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達的螺紋輸出軸的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]【具體實施方式】一:結合圖1?圖4說明本實施方式。本實施方式提供了利用12個它激式伸縮元件2進行激振的一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達的具體實施方案。所述一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達由懸臂梁振子1、12個它激式伸縮元件2和螺紋輸出軸3組成。
[0013]所述懸臂梁振子I設置有法蘭盤1-1、4個固定安裝孔1-2、避讓孔1-3、內連接螺紋1-4和12個粘接外平面1-5，懸臂梁振子I的材料選為黃銅材料，懸臂梁振子I的法蘭盤1-1設置于懸臂梁振子I的一側端部，其通過4個固定安裝孔1-2實現(xiàn)懸臂梁振子I的安裝固定，懸臂梁振子I的4個固定安裝孔1-2均勻設置于法蘭盤1-1端面的同一半徑圓周上，內連接螺紋1-4設置于懸臂梁振子I的自由端部，懸臂梁振子I的內連接螺紋1-4表面需研磨處理，避讓孔1-3設置于懸臂梁振子I靠近法蘭盤1-1的一側端部，且避讓孔1-3為直徑大于內連接螺紋1-4孔徑的光滑圓孔，懸臂梁振子I的12個粘接外平面1-5用于布置它激式伸縮元件2;所述12個它激式伸縮元件2通過環(huán)氧樹脂膠均勻布置于懸臂梁振子I中12個粘接外平面1-5的同一圓周上，且它激式伸縮元件2到懸臂梁振子I自由端的距離大于其到懸臂梁振子I中法蘭盤1-1的距離;所述螺紋輸出軸3設置有外連接螺紋3-1，螺紋輸出軸3的材料選用不銹鋼材料，螺紋輸出軸3的外連接螺紋3-1表面需研磨處理，螺紋輸出軸3與懸臂梁振子I的內連接螺紋1-4旋合連接;所述12個它激式伸縮元件2中相互間隔布置的6個它激式伸縮元件2構成激振組A，其余相互間隔布置的6個它激式伸縮元件2構成激振組B。所述懸臂梁振子I的內連接螺紋1-4和螺紋輸出軸3的外連接螺紋3-1可為梯形螺紋、三角形螺紋、矩形螺紋、鋸齒形螺紋、管螺紋或非標螺紋。所述它激式伸縮元件2可為電致伸縮片、磁致伸縮片、光致伸縮片或熱致伸縮片。
[0014]【具體實施方式】二:本實施方式提供了一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達的激勵方法具體實施方案。所述一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達的激勵方法具體如下所示。
[0015]所述激振組A通以某一超聲頻段內(一般大于16kHz)的正弦波激勵信號，激發(fā)懸臂梁振子I產(chǎn)生某一含有多個波峰和波谷的駐波振動模態(tài);激振組B通以某一超聲頻段內(一般大于16kHz)的余弦波激勵信號，激發(fā)懸臂梁振子I產(chǎn)生另一含有多個波峰和波谷的駐波振動模態(tài)；當激振組A與激振組B所施加激勵電信號的相位差為90度時，兩列駐波振動模態(tài)通過疊加耦合，在懸臂梁振子I和螺紋輸出軸3之間形成含有多個波長的正向運動行波，驅動螺紋輸出軸3實現(xiàn)正向運動輸出；當激振組A與激振組B所施加激勵電信號的相位差為270度時，兩列駐波振動模態(tài)通過疊加耦合，在懸臂梁振子I和螺紋輸出軸3之間形成含有多個波長的反向運動行波，驅動螺紋輸出軸3實現(xiàn)反向運動輸出。
【主權項】
1.一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達，由懸臂梁振子(l)、4m個它激式伸縮元件(2)和螺紋輸出軸(3)組成;其特征在于:所述懸臂梁振子(I)設置有法蘭盤(1-1)、4個固定安裝孔(1-2)、避讓孔(1-3)、內連接螺紋(1-4)和4m個粘接外平面(1-5)，懸臂梁振子(I)的法蘭盤(1-1)設置于懸臂梁振子(I)的一側端部，其通過4個固定安裝孔(1-2)實現(xiàn)懸臂梁振子(I)的安裝固定，懸臂梁振子(I)的4個固定安裝孔(1-2)均勻設置于法蘭盤(1-1)端面的同一半徑圓周上，內連接螺紋(1-4)設置于懸臂梁振子(I)的自由端部，避讓孔(1-3)設置于懸臂梁振子(I)靠近法蘭盤(1-1)的一側端部，且避讓孔(1-3)為直徑大于內連接螺紋(1-4)孔徑的光滑圓孔，懸臂梁振子(I)的4m個粘接外平面(1-5)用于布置它激式伸縮元件(2)，其中，m為大于等于2的正整數(shù);所述4m個它激式伸縮元件(2)均勻布置于懸臂梁振子(I)中4m個粘接外平面(1-5)的同一圓周上，且它激式伸縮元件(2)到懸臂梁振子(I)自由端的距離大于其到懸臂梁振子(I)中法蘭盤(1-1)的距離;所述螺紋輸出軸(3)設置有外連接螺紋(3-1)，其與懸臂梁振子(I)的內連接螺紋(1-4)旋合連接。2.根據(jù)權利要求1所述的一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達，其特征在于:所述4m個它激式伸縮元件(2)中相互間隔布置的2m個它激式伸縮元件(2)構成激振組A，其余相互間隔布置的2m個它激式伸縮元件(2)構成激振組B。3.根據(jù)權利要求1所述的一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達，其特征在于:所述懸臂梁振子(I)的內連接螺紋(1-4)和螺紋輸出軸(3)的外連接螺紋(3-1)可為梯形螺紋、三角形螺紋、矩形螺紋、鋸齒形螺紋、管螺紋或非標螺紋。4.根據(jù)權利要求1所述的一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達，其特征在于:所述它激式伸縮元件(2)可為電致伸縮片、磁致伸縮片、光致伸縮片或熱致伸縮片。
【專利摘要】本實用新型公開了一種采用懸臂約束式大推力螺紋副驅動型壓電馬達，以解決當前螺紋副驅動型超聲電機由于普遍采用單點接觸驅動方式，導致運動穩(wěn)定性差、輸出力較小等問題。本實用新型由懸臂梁振子、4m個它激式伸縮元件和螺紋輸出軸組成，懸臂梁振子設置有法蘭、4個固定安裝孔、避讓孔、內連接螺紋和4m個粘接外平面，其中m為大于等于2的正整數(shù)，螺紋輸出軸設有外連接螺紋。施加超聲頻段激勵電信號于它激式伸縮元件，激發(fā)懸臂梁振子產(chǎn)生兩列駐波振動模態(tài)，利用振動模態(tài)疊加耦合產(chǎn)生含有多個波長的驅動行波，驅動螺紋輸出軸實現(xiàn)運動輸出。本實用新型具有運動平穩(wěn)性好、輸出力大等技術優(yōu)勢，在精密驅動與傳動技術領域具有廣泛的應用前景。
【IPC分類】H02N2/16
【公開號】CN205319971
【申請?zhí)枴緾N201620030697
【發(fā)明人】程廷海, 李恒禹, 何璞, 殷夢飛, 張邦成, 柳虹亮
【申請人】長春工業(yè)大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月14日