專利名稱：壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的封裝固定結(jié)構(gòu)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的封裝固定結(jié)構(gòu)器，屬于精密機(jī)械與儀器技 術(shù)領(lǐng)域，涉及納米驅(qū)動(dòng)和精密定位方面。
背景技術(shù)：
壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器用于精密儀器或設(shè)備中實(shí)現(xiàn)納米級(jí)位移驅(qū)動(dòng)，力驅(qū)動(dòng)， 諧振驅(qū)動(dòng)等。常見的壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器是未封裝的，即裸壓電陶瓷疊堆，也 有帶封裝的壓電陶瓷疊堆驅(qū)動(dòng)器，如PI公司的一端帶有安裝螺紋的壓電疊 堆驅(qū)動(dòng)器。壓電陶瓷疊堆在應(yīng)用時(shí)， 一般要求一端固定，另一端與被驅(qū)動(dòng) 件銜接固定。常見的固定方法為粘貼固定，此方法驅(qū)動(dòng)器與被驅(qū)動(dòng)件的裝 配不靈活，預(yù)緊力施加困難，而且由于壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器是直接被驅(qū)動(dòng)件連 接在一起，所以還存在著驅(qū)動(dòng)位移沒(méi)有經(jīng)過(guò)彈性體放大，連接部分受力不 平衡等缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題是壓電陶瓷疊堆驅(qū)動(dòng)器的安裝，克服了單純采用 粘貼固定法的不足，設(shè)計(jì)了一種壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的封裝固定結(jié)構(gòu)。封裝固定 結(jié)構(gòu)在軸向具有一定柔性，壓電疊堆放置在封裝腔中，封裝結(jié)構(gòu)一端固定 在支座上，另一端安裝預(yù)緊螺母，施加預(yù)緊力使預(yù)緊螺栓緊抵壓電疊堆， 封裝固定結(jié)構(gòu)跟著壓電疊堆伸縮，其變形量在封裝固定結(jié)構(gòu)的可承受范圍 內(nèi)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的封裝固定結(jié)構(gòu)器，由封裝結(jié)構(gòu)主體i、預(yù)緊螺母ii與壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器ni組成。其中，整體加工的封裝結(jié)構(gòu)主體I由固定平板1壓電疊堆腔體2、左翼4a、右翼4b 與四個(gè)直線型彈性梁5a、 5b、 5c、 5d組成；其中，固定平板1與左翼 4a、右翼4b的形狀成"n"形，壓電疊堆腔體2位于左翼4a與右翼 4b的中間，其軸向平行于兩翼的方向，腔體左側(cè)的外壁通過(guò)左上直線 型彈性梁5a和左下直線型彈性梁5b與左翼4a柔性連接，腔體右側(cè)的 外壁通過(guò)右上直線型彈性梁5c和右下直線型彈性梁5d與右翼4b柔性 連接，構(gòu)成工型彈性體，在壓電疊堆腔體2的底部開有內(nèi)螺紋孔，預(yù)緊螺母n擰緊在內(nèi)螺紋孔中，與封裝結(jié)構(gòu)主體i連接。壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器m封裝在封裝結(jié)構(gòu)主體I的壓電疊堆安裝孔7中，使用預(yù)緊螺母II固定。在固定平板1兩側(cè)加工出四個(gè)安裝孔6，在固定平板1中部加工出壓電 疊堆安裝孔7，安裝孔的截面形狀與壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的截面形狀相匹配，為 矩形或圓形或三角形，安裝孔7與壓電疊堆腔體2的中空腔相通，在連通 腔內(nèi)壁兩側(cè)加工出導(dǎo)線槽8，在壓電疊堆腔體2的上端面加工出四個(gè)安裝孔 3，用于連接被驅(qū)動(dòng)件。本發(fā)明的效果是壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的封裝固定結(jié)構(gòu)器提供了方便的、 可靠的壓電疊堆的安裝方法。壓電疊堆安裝于封裝固定結(jié)構(gòu)中，便于 與其它組件精密裝配；此封裝固定結(jié)構(gòu)在具有很好的軸向柔性的基礎(chǔ) 上，可以對(duì)壓電疊堆施加一定的預(yù)緊力，提高了壓電疊堆驅(qū)動(dòng)的可靠 性和重復(fù)性，適用于高精度納米驅(qū)動(dòng)、高頻諧振驅(qū)動(dòng)和高精密定位系 統(tǒng)中。


附圖1是壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器與封裝固定結(jié)構(gòu)器的裝配圖； 附圖2是沿附圖1中A-A方向的剖視圖； 附圖3是壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的封裝結(jié)構(gòu)主體的俯視圖； 附圖4是壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的封裝結(jié)構(gòu)主體的主視圖；其中i一封裝結(jié)構(gòu)主體，n—預(yù)緊螺母，m—壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器，l一固定平板，2 —壓電疊堆腔體，3 —安裝孔，4a —左翼，4b —右翼， 5a —左上直線型彈性梁，5b —左下直線型彈性梁，5c —右上直線型彈 性梁，5d —右下直線型彈性梁，6 —安裝孔，7 —安裝孔，8 —導(dǎo)線槽。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖l、附圖2、附圖3與附圖4詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施，將 壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器從固定平板的安裝孔插入，驅(qū)動(dòng)器上的引線順著導(dǎo)線槽進(jìn) 入；壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器完全進(jìn)入封裝固定結(jié)構(gòu)后，通過(guò)固定平板上的四個(gè)安 裝孔將固定平板固定在支座上；而后在壓電疊堆腔體的底部安裝上預(yù)緊螺 母，螺母端面緊抵壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器端面，并施加一定的預(yù)緊力。壓電疊堆 腔體的上端面加工出四個(gè)安裝孔用于固定被驅(qū)動(dòng)構(gòu)件。壓電疊堆安裝在封裝固定結(jié)構(gòu)中之后，預(yù)緊螺母緊緊抵住壓電陶瓷伸 長(zhǎng)端，同時(shí)壓電陶瓷另一端緊緊抵住固定支座，實(shí)現(xiàn)壓電疊堆軸向的固定； 當(dāng)壓電疊堆接通驅(qū)動(dòng)電源后，根據(jù)壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)原理，壓電疊堆將發(fā)生 伸長(zhǎng)或收縮，壓電疊堆的伸縮帶動(dòng)封裝固定結(jié)構(gòu)的伸縮，所以說(shuō)若想讓壓 電疊堆正常工作，封裝固定結(jié)構(gòu)必須具有一定的柔性。封裝固定結(jié)構(gòu)上的 四個(gè)直線型彈性梁以及它們與固定平板和壓電疊堆腔體間的柔性鉸鏈連接 使此封裝固定結(jié)構(gòu)具有很好的柔性。在壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的工作位移范圍內(nèi)(一般為幾十個(gè)微米)，此封裝固定結(jié)構(gòu)施加在壓電疊堆上的作用力遠(yuǎn)小于 壓電疊堆所能承受的最大載荷力。此壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的封裝固定結(jié)構(gòu)用于微構(gòu)件力學(xué)拉伸測(cè)試裝置中， 壓電疊堆水平方向驅(qū)動(dòng)動(dòng)載物臺(tái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)單軸拉伸微構(gòu)件梁。微構(gòu)件梁的單軸拉伸位移在10um范圍內(nèi)，即壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)位移，裝置中采 用的壓電疊堆所能承受的最大載荷為1200N。有限元結(jié)構(gòu)分析表明，當(dāng)對(duì)此 封裝固定結(jié)構(gòu)在軸向方向施加600N的作用力時(shí)，其軸向變形為216. 5um， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足微構(gòu)件力學(xué)拉伸測(cè)試裝置中的要求。在測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，比較了未封 裝的壓電疊堆和安裝在此封裝固定結(jié)構(gòu)內(nèi)的壓電疊堆的輸出特性曲線。未 封裝的壓電疊堆輸出特性曲線標(biāo)定將壓電疊堆的一端用樹脂膠粘在平板 上，另一端自由釋放，接通壓電疊堆的驅(qū)動(dòng)電源，測(cè)得此壓電陶瓷的輸出 特性曲線；安裝在此封裝固定結(jié)構(gòu)內(nèi)的壓電疊堆的輸出特性曲線通過(guò)預(yù) 緊螺母對(duì)壓電疊堆施加100N左右的預(yù)緊力，接通壓電疊堆的驅(qū)動(dòng)電源，測(cè) 得壓電疊堆的輸出特性曲線。比較兩組輸出特性曲線，發(fā)現(xiàn)此封裝固定結(jié) 構(gòu)沒(méi)有影響到壓電疊堆的輸出特性。
權(quán)利要求
1、壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的封裝固定結(jié)構(gòu)器由封裝結(jié)構(gòu)主體(I)、預(yù)緊螺母(II)與壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器(III)組成，其特征是整體加工的封裝結(jié)構(gòu)主體(I)由固定平板(1)壓電疊堆腔體(2)、左翼(4a)、右翼(4b)與四個(gè)直線型彈性梁(5a、5b、5c、5d)組成；其中，固定平板(1)與左翼(4a)、右翼(4b)的形狀成“∏”形，壓電疊堆腔體(2)位于左翼(4a)與右翼(4b)的中間，其軸向平行于兩翼的方向，腔體左側(cè)的外壁通過(guò)左上直線型彈性梁(5a)和左下直線型彈性梁(5b)與左翼(4a)柔性連接，腔體右側(cè)的外壁通過(guò)右上直線型彈性梁(5c)和右下直線型彈性梁(5d)與右翼(4b)柔性連接，構(gòu)成工型彈性體，在壓電疊堆腔體(2)的底部開有內(nèi)螺紋孔，預(yù)緊螺母(II)擰緊在內(nèi)螺紋孔中，與封裝結(jié)構(gòu)主體(I)連接，壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器(III)封裝在封裝結(jié)構(gòu)主體(I)的壓電疊堆安裝孔(7)中，使用預(yù)緊螺母(II)固定。
2、 如權(quán)利要求l所述的壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的封裝固定結(jié)構(gòu)器，其封裝結(jié)構(gòu) 主體(I )的特征是在固定平板(1)兩側(cè)加工出四個(gè)安裝孔(6)，在固定平 板(1)中部加工出壓電疊堆安裝孔(7)，安裝孔的截面形狀與壓電疊堆驅(qū)動(dòng) 器的截面形狀相匹配，為矩形或圓形或三角形，安裝孔(7)與壓電疊堆腔體(2)的中空腔相通，在連通腔內(nèi)壁兩側(cè)加工出導(dǎo)線槽(8)，在壓電疊堆腔體 (2)的上端面加工出四個(gè)安裝孔(3)，用于連接被驅(qū)動(dòng)件。
全文摘要
本發(fā)明壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的封裝固定結(jié)構(gòu)器，屬于精密機(jī)械與儀器技術(shù)領(lǐng)域，涉及納米驅(qū)動(dòng)和精密定位方面。壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的封裝固定結(jié)構(gòu)器由封裝結(jié)構(gòu)主體、預(yù)緊螺母與壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器組成。封裝結(jié)構(gòu)主體中，固定平板與兩翼的形狀成“∏”形，壓電疊堆腔體的兩側(cè)通過(guò)直線型彈性梁與兩翼柔性連接，便于壓電疊堆安裝與引線，固定平板上加工出壓電疊堆安裝孔，安裝孔與壓電疊堆腔體的中空腔相通，在連通腔內(nèi)壁兩側(cè)加工出導(dǎo)線槽；壓電疊堆腔體在遠(yuǎn)離固定平板的一端開有內(nèi)螺紋孔。適用于高精度納米驅(qū)動(dòng)、高頻諧振驅(qū)動(dòng)和高精密定位系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)H02N2/00GK101232258SQ20081001008
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者侯志武, 張段芹, 王曉東, 褚金奎, 齊東周 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)