具有半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)的超磁致伸縮驅(qū)動裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)的超磁致伸縮驅(qū)動裝置，其包括一對棒式超磁致伸縮驅(qū)動器，槽鋼形框架和半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)；半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)包括一對驅(qū)動桿、一對連桿支座、左連桿、右連桿和輸出桿；本發(fā)明能實現(xiàn)器件的精密驅(qū)動；能夠?qū)⑺椒较虻某胖律炜s致動器輸出位移轉(zhuǎn)化為垂直方向，能夠克服輸出位移只有一個方向的缺陷，將超磁致伸縮致動器的適用范圍有所拓展；能夠?qū)敵鑫灰频拇笮∵M行調(diào)整；本發(fā)明可以用于小位移精密驅(qū)動場合，并且方便致動器位移的精確控制。
【專利說明】
具有半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)的超磁致伸縮驅(qū)動裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于小行程器件精密驅(qū)動控制技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種具有半菱形二連桿位移 輸出機構(gòu)的超磁致伸縮驅(qū)動裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 超磁致伸縮材料(Giant Magnetostrictive Material)因其磁致伸縮系數(shù)遠高于 普通鐵磁材料而得名，是繼壓電陶瓷材料之后又一類引起廣泛關(guān)注的電能-機械能轉(zhuǎn)換材 料。超磁致伸縮材料具有驅(qū)動電壓小、輸出位移大、響應(yīng)速度快且無疲勞失效等優(yōu)點，在高 精、高速W及重載驅(qū)動等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。其中W棒型超磁致伸縮材料為核屯、的 超磁致伸縮驅(qū)動器是該類型材料在機-電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域應(yīng)用的最基本器件。
[0003] 超磁致伸縮驅(qū)動器輸出的位移雖然相對壓電陶瓷驅(qū)動器等更大，但是其伸縮量仍 然較小，輸出位移量往往達不到理想要求。采用棒式超磁致伸縮材料只能實現(xiàn)軸向的位移 輸出，由于致動器體積的限制，使得超磁致伸縮致動器的應(yīng)用場合有所限制。在實際條件 下，100毫米的磁致伸縮棒伸縮量也只有100微米左右，雖然選擇更長的GMM棒能夠增大輸出 位移，但是運將導(dǎo)致驅(qū)動器體積過大。因此，如何盡可能地在保證一定輸出精度的情況下同 時放大超磁致伸縮輸出位移，成為亟待解決的問題。
[0004] 由于超磁致伸縮驅(qū)動器輸出位移的限制，直接采用驅(qū)動器進行輸出不能滿足一定 性能需求，通常采用一定的機構(gòu)進行位移方向和大小的轉(zhuǎn)化。常用的轉(zhuǎn)化機構(gòu)有杠桿機構(gòu) 和柔性較鏈，它們通常用于位移的放大，但放大倍數(shù)較小，且一般很難實現(xiàn)方向的變化。開 發(fā)新型的超磁致伸縮機構(gòu)可實現(xiàn)更多的輸出位移形式，可拓展超磁致伸縮驅(qū)動器的應(yīng)用范 圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能放大輸出位移大小和改變輸出位移方 向的具有半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)的超磁致伸縮驅(qū)動裝置。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種具有半菱形二連桿位移輸出機構(gòu) 的超磁致伸縮驅(qū)動裝置，其包括一對棒式超磁致伸縮驅(qū)動器，槽鋼形框架和半菱形二連桿 位移輸出機構(gòu)； 所述棒式超磁致伸縮驅(qū)動器通過螺栓對稱地固定設(shè)置在所述槽鋼形框架的左、右兩個 內(nèi)側(cè)壁上； 所述半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)包括一對驅(qū)動桿、一對連桿支座、左連桿、右連桿和輸 出桿； 所述一對驅(qū)動桿和一對連桿支座分別對稱； 所述連桿支座的下部設(shè)有水平階梯孔;所述連桿支座的上端設(shè)有一對支耳;所述驅(qū)動 桿的一端與所述棒式超磁致伸縮驅(qū)動器輸出端固定連接;所述驅(qū)動桿的另一端插入所述水 平階梯孔，其端面上設(shè)有帶內(nèi)螺紋的盲孔，所述驅(qū)動桿通過調(diào)節(jié)螺栓與連桿支座連接； 所述左連桿和右連桿的上端分別通過軸承固定在第一銷軸上;所述左連桿的下端通過 軸承固定在第二銷軸上;所述右連桿的下端通過軸承固定在第=銷軸上;所述第二銷軸通 過軸承與左端的連桿支座的一對支耳較接;所述第=銷軸通過軸承與右端的連桿支座的一 對支耳較接;在所述第一銷軸上設(shè)有徑向孔，所述輸出桿與所述徑向孔過盈配合。
[0007]所述左連桿為一對對稱的右端呈直角的連桿;所述右連桿為一對對稱的直桿;一 對右連桿的左端位于一對左連桿的右端兩直角之間；所述徑向孔位于所述一對右連桿的左 端之間。
[000引所述左連桿與右連桿等長。
[0009] 所述插入水平階梯孔的驅(qū)動桿的一端，其端面與水平階梯孔內(nèi)的豎壁之間設(shè)有2 個W上的墊片。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用超磁致伸縮致動器作為二連桿機構(gòu)的驅(qū)動元 件，能夠充分利用超磁致伸縮材料磁致伸縮應(yīng)變大、輸出力高、響應(yīng)快和機電禪合系數(shù)高的 優(yōu)良特性，實現(xiàn)器件的精密驅(qū)動;本發(fā)明能夠?qū)⑺椒较虻某胖律炜s致動器輸出位移轉(zhuǎn) 化為垂直方向，能夠克服輸出位移只有一個方向的缺陷，將超磁致伸縮致動器的適用范圍 有所拓展;通過調(diào)整左、右連桿與水平方向的夾角，本發(fā)明能夠?qū)敵鑫灰频拇笮∵M行調(diào) 整;本發(fā)明的輸出位移與超磁致伸縮致動器的輸出位移有一定的函數(shù)關(guān)系，通過調(diào)整輸入 信號驅(qū)動兩個超磁致伸縮致動器，輸出桿的輸出位移可W得到控制，不同的輸出位移能夠 適用于不同的輸出情況，可W用于小位移精密驅(qū)動場合，并且輸出特性能夠按照驅(qū)動方案 進行設(shè)計;本發(fā)明采用螺栓對超磁致伸縮致動器底端進行過固定，采用調(diào)節(jié)螺栓對連桿支 座和超磁致伸縮致動器輸出桿進行固定，可使超磁致伸縮致動器的驅(qū)動桿輸出更加穩(wěn)定， 方便致動器位移的精確控制。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖2為半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)主視圖。
[0013] 圖3為半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)俯視圖。
[0014] 圖4為圖2的A-A剖視圖。
[0015] 圖5為圖2的B-B剖視圖。
[0016] 圖6為半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)的放大原理圖。
[0017] 在圖1-6中，1、輸出桿;2、軸承，3、左連桿;4、驅(qū)動桿;4-1、盲孔;5、連桿支座;5-1、 支耳;5-2、水平階梯孔;6、調(diào)節(jié)螺栓;7-1、第二銷軸;7-2、第=銷軸;8、第一銷軸;9、槽鋼形 框架;10、棒式超磁致伸縮驅(qū)動器;11螺栓;12、右連桿;13、墊片； a為左連桿或右連桿與水平面之間的夾角;X為左連桿或右連桿向X軸的投影長度；Ax 為驅(qū)動桿的位移;y為左連桿或右連桿向y軸的投影長度；Ay為輸出桿的位移；J為左連桿 或右連桿的長度。
【具體實施方式】
[0018] 下面根據(jù)圖1-6及實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0019]在圖1-6所示的實施例中，其包括左側(cè)棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10、右側(cè)棒式超磁致 伸縮驅(qū)動器10、槽鋼形框架9和半菱形二連桿位移輸出機構(gòu);左側(cè)棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10 和右側(cè)棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10通過固定螺栓11對稱地固定設(shè)置在所述槽鋼形框架9的兩 個內(nèi)側(cè)壁上，二者無相對位移，固定螺栓共有8個，兩個棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10各用4個固 定螺栓進行固定，固定螺栓采用短螺栓，其型號為M6X 16;兩個棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10對 稱設(shè)置，并且同時輸出位移。
[0020] 半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)可實現(xiàn)輸出位移方向及大小的變化，半菱形二連桿位 移輸出機構(gòu)包括左側(cè)驅(qū)動桿4、右側(cè)驅(qū)動桿4、左側(cè)連桿支座5、右側(cè)連桿支座5、左連桿3、右 連桿12和輸出桿1;輸出桿1的位移方向與棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10的位移方向相互垂直； 左連桿3和右連桿12的上端分別通過軸承固定在第一銷軸8上;左連桿3的下端通過軸承2固 定在第二銷軸7-1上;所述右連桿12的下端通過軸承固定在第=銷軸7-2上;所述第二銷軸 7-1通過軸承2與左側(cè)連桿支座5上的一對支耳5-1較接;第S銷軸7-2通過軸承2與右側(cè)連桿 支座5上的一對支耳5-1較接;連桿支座5與左連桿3或右連桿12之間通過銷軸和軸承連接， 二者可W發(fā)生相對轉(zhuǎn)動;銷軸采用彈性圓柱銷，其型號為M8 X 18;軸承2型號為62208。
[0021] 在所述第一銷軸8上設(shè)有徑向孔，所述輸出桿1與所述徑向孔過盈配合;兩個左連 桿3和或右連桿12之間通過長銷和軸承連接，長銷中間開孔，與輸出桿1之間為過盈配合;長 銷采用彈性圓柱銷，其型號為M8X25,此處用2個軸承，軸承型號為62208。
[0022] 在左側(cè)連桿支座5的下部設(shè)有水平階梯孔5-2,左側(cè)驅(qū)動桿4的右端插入所述水平 階梯孔5-2的左端的孔中，在左側(cè)驅(qū)動桿4的右端設(shè)有帶螺紋的盲孔4-1，左側(cè)驅(qū)動桿4與左 側(cè)連桿支座5上通過調(diào)節(jié)螺栓6連接;左側(cè)驅(qū)動桿4的左端與所述左側(cè)棒式超磁致伸縮驅(qū)動 器10的輸出端固定連接，超磁致伸縮驅(qū)動器10與驅(qū)動桿4之間為剛性連接，棒式超磁致伸 縮驅(qū)動器10的輸出位移直接傳遞給驅(qū)動桿4;右側(cè)連桿支座5與左側(cè)連桿支座5對稱設(shè)置，且 結(jié)構(gòu)相同；右側(cè)驅(qū)動桿4與左側(cè)驅(qū)動桿4對稱設(shè)置，且結(jié)構(gòu)相同。
[0023] 所述左連桿3為一對對稱的右端呈直角的連桿;所述右連桿12為一對對稱的直桿； 一對右連桿12的左端位于一對左連桿3的右端兩直角之間；所述徑向孔位于所述一對右連 桿12的左端之間。
[0024] 所述左連桿3與右連桿12等長。
[0025] 左側(cè)驅(qū)動桿4的右端面與左側(cè)連桿支座5的水平階梯孔5-2的左端孔的豎壁之間設(shè) 有2個W上的墊片13。
[0026] 驅(qū)動桿4端部開有螺紋，連桿支座5開孔，二者通過調(diào)節(jié)螺栓連接并壓緊，通過墊圈 13可W調(diào)整二者之間的相對位置;調(diào)節(jié)螺栓6有2個，其型號為M8X20。
[0027] 棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10為一種高精度直線電機，其輸出位移沿軸線方向，與水 平面平行，將兩個棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10固定在支架上的同一高度，可實現(xiàn)水平方向位 移的疊加，可進一步獲得較大的位移輸出。超磁致伸縮驅(qū)動器10的輸出位移經(jīng)半菱形二連 桿位移輸出機構(gòu)的轉(zhuǎn)化，水平位移變?yōu)樨Q直位移，輸出桿1位移的大小也與驅(qū)動桿4位移大 小不同；輸出桿1位移的大小與左、右連桿的長度、左、右連桿與水平面的夾角有函數(shù)關(guān)系。 輸出桿1的位移方向與超磁致伸縮驅(qū)動器10的位移方向相互垂直。通過改變連桿支座5與驅(qū) 動桿4之間的相對位置可W改變左、右連桿與水平面的夾角，進而調(diào)整輸出桿1的輸出位移 大小。輸出桿1與驅(qū)動桿4的位移比等于左或右連桿與水平面夾角的余切值。
[00%]超磁致伸縮致動器10通過螺栓固定在槽鋼形框架9上。經(jīng)過固定，超磁致伸縮致動 器10的輸出位移直接傳遞給驅(qū)動桿4。
[0029] 半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)可實現(xiàn)輸出位移方向的調(diào)整。超磁致伸縮驅(qū)動器10輸 出位移為水平方向，與半個菱形的水平對角線重合，而整個半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)的 輸出位移與半個菱形的豎直對角線重合，因此實現(xiàn)了輸出位移方向的垂直轉(zhuǎn)化。
[0030] 連桿支座5和驅(qū)動桿4之間可W發(fā)生相對平移，并由調(diào)節(jié)螺栓連接。驅(qū)動桿4位置保 持不變，通過改變連桿支座5的水平位置可W調(diào)整左或右連桿與水平面之間的夾角，進而改 變輸出桿1位移與驅(qū)動桿4位移之間的比值。
[0031] 輸出桿1位移與超磁致伸縮致動器10位移成正比例關(guān)系，且比例系數(shù)與左或右連 桿長度、左或右連桿與水平面之間的夾角有關(guān)。
[0032] 圖6為半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)的放大原理。水平方向設(shè)定為X軸，豎直方向設(shè) 定為y軸，兩個左、右連桿的長度設(shè)為1，左或右連桿與水平面之間的夾角設(shè)為a，a的取值范 圍是0~60%兩個左、右連桿向X軸和y軸的投影長度分別為X和y，驅(qū)動桿和輸出桿的位移分 別為A X和A y，根據(jù)菱形對角線垂直的性質(zhì)可知
，那么根據(jù)導(dǎo)數(shù)計算可知位 移輸出比為
[0033] 因此輸出桿與驅(qū)動桿的位移輸出比為左、右連桿與水平夾角的正切值，通過調(diào)整 該夾角可W調(diào)整輸出位移的大小。
[0034] 本發(fā)明克服了當前超磁致伸縮驅(qū)動器輸出的限制，提供一種超磁致伸縮驅(qū)動器的 位移調(diào)整方案。
[0035] W上所述實施方式僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，而并非本發(fā)明可行實施例的窮舉。 對于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明原理和精神的前提下對其所作出的任何顯 而易見的改動，都應(yīng)當被認為包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種具有半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)的超磁致伸縮驅(qū)動裝置，包括一對棒式超磁致 伸縮驅(qū)動器(10)，其特征在于:還包括槽鋼形框架(9)和半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)； 所述棒式超磁致伸縮驅(qū)動器（10)通過螺栓(11)對稱地固定設(shè)置在所述槽鋼形框架(9) 的左、右兩個內(nèi)側(cè)壁上;所述半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)位于所述一對棒式超磁致伸縮驅(qū) 動器(10)之間； 所述半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)包括一對驅(qū)動桿(4)、一對連桿支座（5)、左連桿(3)、 右連桿(12)和輸出桿(1); 所述一對驅(qū)動桿(4)對稱;所述一對連桿支座(5)對稱； 所述連桿支座（5)的下部設(shè)有水平階梯孔(5-2);所述連桿支座（5)的上端設(shè)有一對支 耳(5-1);所述驅(qū)動桿(4)的一端與所述棒式超磁致伸縮驅(qū)動器（10)輸出端固定連接;所述 驅(qū)動桿(4)的另一端插入所述水平階梯孔(5-2)，其端面上設(shè)有帶內(nèi)螺紋的盲孔(4-1)，所述 驅(qū)動桿(4)通過調(diào)節(jié)螺栓(6)與連桿支座(5)連接； 所述左連桿(3)和右連桿（12)的上端分別通過軸承固定在第一銷軸(8)上;所述左連桿 (3)的下端通過軸承固定在第二銷軸(7-1)上;所述右連桿（12)的下端通過軸承固定在第三 銷軸(7-2)上;所述第二銷軸(7-1)和第三銷軸(7-2)分別通過軸承與對應(yīng)連桿支座(5)上的 一對支耳(5-1)鉸接;在所述第一銷軸(8)上設(shè)有徑向孔，所述輸出桿(1)與所述徑向孔過盈 配合。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)的超磁致伸縮驅(qū)動裝置，其 特征在于:所述左連桿(3)為一對對稱的右端呈直角的連桿;所述右連桿(12)為一對對稱的 直桿;一對右連桿（12)的左端位于一對左連桿(3)的右端兩直角之間；所述徑向孔位于所述 一對右連桿(12 )的左端之間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)的超磁致伸縮驅(qū)動裝置，其 特征在于:所述左連桿(3)與右連桿(12)等長。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)的超磁致伸縮驅(qū)動裝置，其 特征在于:所述驅(qū)動桿(4)與所述連桿支座(5)的水平階梯孔(5-2)之間為間隙配合。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4任何一項所述的具有半菱形二連桿位移輸出機構(gòu)的超磁致伸縮驅(qū) 動裝置，其特征在于:插入水平階梯孔(5-2)的驅(qū)動桿(4)的端面與水平階梯孔(5-2)內(nèi)的豎 壁之間設(shè)有2個以上的墊片（13)。
【文檔編號】H02N2/06GK105978398SQ201610304331
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】李冬偉, 何忠波, 薛光明, 楊朝舒, 趙正龍, 張培林, 周景濤, 王懷光, 范洪波, 榮策
【申請人】中國人民解放軍軍械工程學(xué)院