一種貼片式駐波旋轉(zhuǎn)型壓電作動器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種壓電作動器，尤其涉及一種貼片式駐波旋轉(zhuǎn)型壓電作動器，屬于壓電精密致動技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電作動器是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，激發(fā)彈性體產(chǎn)生微幅振動，并通過定、轉(zhuǎn)子之間的摩擦將其轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，驅(qū)動負(fù)載，是一種全新概念的微型作動器。目前的壓電作動器主要以壓電超聲電機(jī)、壓電疊堆驅(qū)動器等為代表，而壓電超聲電機(jī)作為一種共振式壓電作動器，已經(jīng)在航空航天、武器、生物醫(yī)學(xué)、光學(xué)、機(jī)器人等領(lǐng)域推廣應(yīng)用并產(chǎn)業(yè)化。大部分的壓電超聲電機(jī)都是采用兩相模態(tài)耦合的原理進(jìn)行工作，即定子系統(tǒng)采用縱彎模態(tài)耦合或者縱扭模態(tài)耦合或者彎彎模態(tài)耦合或者彎扭模態(tài)耦合，而最為典型的是駐波直線/旋轉(zhuǎn)型壓電超聲電機(jī)，在兩相模態(tài)一致的情況下能輸出較大的速度與推力，近年來受到了研究人員的青睞。盡管兩相模態(tài)耦合型壓電超聲電機(jī)具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是這類作動器也存在致命缺點(diǎn)，就是兩相模態(tài)頻率一致性問題始終沒法解決。即使通過仿真計算優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸能夠最大限度減少兩相模態(tài)的頻率差，但是無法完全使兩相模態(tài)頻率一致，并且由于加工裝配誤差，導(dǎo)致兩相工作模態(tài)始終存在一定的差異，因此作動器的驅(qū)動控制部分變得復(fù)雜，同時性能也大打折扣。為了解決壓電作動器頻率一致性的問題，本實(shí)用新型提出了一種貼片式駐波旋轉(zhuǎn)型壓電作動器，采用了兩個同形的定子組件，利用兩相縱向振動模態(tài)在時間和空間上存在η /2相位差來驅(qū)動圓柱滾軸旋轉(zhuǎn)，解決了兩相模態(tài)頻率不一致的問題，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、易于加工、裝配和微型化的特點(diǎn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】的不足提出了一種貼片式駐波旋轉(zhuǎn)型壓電作動器，其解決了傳統(tǒng)壓電作動器存在的兩相模態(tài)頻率不一致的問題，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、易于加工、裝配和微小型化的特點(diǎn)。
[0004]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種貼片式駐波旋轉(zhuǎn)型壓電作動器，包含圓柱滾軸和兩個相對位置錯開的同形定子組件，所述定子組件包含壓電陶瓷片和矩形板，所述壓電陶瓷片設(shè)置在矩形板的表面，所述圓柱滾軸設(shè)置在兩個定子組件之間，其中，所述壓電陶瓷片用于接收電信號激勵定子組件產(chǎn)生2n+l階縱向振動模態(tài)，其中，η多I且η為整數(shù)。
[0006]作為本實(shí)用新型一種貼片式駐波旋轉(zhuǎn)型壓電作動器的進(jìn)一步優(yōu)選方案，在所述定子組件上還設(shè)有多個固定裝置，且均勻分布在定子組件縱向振動的節(jié)線位置上，所述固定裝置用于固定和調(diào)節(jié)兩個定子組件與圓柱滾軸之間的接觸壓力。
[0007]作為本實(shí)用新型一種貼片式駐波旋轉(zhuǎn)型壓電作動器的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述壓電陶瓷片粘貼在矩形板與圓柱滾軸接觸面相對的表面，并且位于矩形板的縱向振動模態(tài)的節(jié)面處。
[0008]作為本實(shí)用新型一種貼片式駐波旋轉(zhuǎn)型壓電作動器的進(jìn)一步優(yōu)選方案，在與圓柱滾軸接觸位置的兩個定子組件上還設(shè)有用于固定圓柱滾軸的V型凹槽。
[0009]作為本實(shí)用新型一種貼片式駐波旋轉(zhuǎn)型壓電作動器的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述壓電陶瓷片2為矩形壓電陶瓷片，并且沿長度方向進(jìn)行極化。
[0010]本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0011]本實(shí)用新型提出了一種貼片式駐波旋轉(zhuǎn)型壓電作動器，采用了兩個同形的定子組件，利用其結(jié)構(gòu)以及振動特性的一致性特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)壓電作動器單一定子組件存在的兩相模態(tài)頻率不一致的問題，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、易于加工、裝配和微小型化的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型貼片式旋轉(zhuǎn)型壓電作動器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型貼片式旋轉(zhuǎn)型壓電作動器的結(jié)構(gòu)簡圖；
[0014]圖3是本實(shí)用新型貼片式旋轉(zhuǎn)型壓電作動器圓柱滾軸的局部安裝細(xì)節(jié)圖；
[0015]圖4是本實(shí)用新型貼片式旋轉(zhuǎn)型壓電作動器t = O時的工作狀態(tài)示意圖；
[0016]圖5是本實(shí)用新型貼片式旋轉(zhuǎn)型壓電作動器t = 1/4T時的工作狀態(tài)示意圖；
[0017]圖6是本實(shí)用新型貼片式旋轉(zhuǎn)型壓電作動器t = 1/2T時的工作狀態(tài)示意圖；
[0018]圖7是本實(shí)用新型貼片式旋轉(zhuǎn)型壓電作動器t = 3/4T時的工作狀態(tài)示意圖；
[0019]圖8是本實(shí)用新型可變預(yù)壓力的周期性變化曲線；
[0020]圖9是本實(shí)用新型可變摩擦推力的周期性變化曲線。
[0021]其中:1-固定裝置，2-壓電陶瓷片，3-矩形塊，4-圓柱滾軸，3.1-定子組件縱向振動的節(jié)線，3.2-定子組件縱向振動的波峰，3.3-定子組件縱向振動的波谷，3.4-V型凹槽。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0023]如圖1所示，本實(shí)用新型提出了一種貼片式駐波旋轉(zhuǎn)型壓電作動器，一種貼片式駐波旋轉(zhuǎn)型壓電作動器，包含圓柱滾軸4和兩個相對位置錯開的同形定子組件，所述定子組件包含壓電陶瓷片2和矩形板3，所述壓電陶瓷片2設(shè)置在矩形板3的表面，所述圓柱滾軸4設(shè)置在兩個定子組件之間；其中，所述壓電陶瓷片2用于接收電信號激勵定子組件產(chǎn)生2n+l階縱向振動模態(tài)，n ^ 1，η為整數(shù)，在所述定子組件上還設(shè)有多個固定裝置1，且均勻分布在定子組件縱向振動的節(jié)線位置上，所述固定裝置I用于固定和調(diào)節(jié)兩個定子組件與圓柱滾軸4之間的接觸壓力，所述壓電陶瓷片2粘貼在矩形板3與圓柱滾軸4接觸面相對的表面，并且位于矩形板3的縱向振動模態(tài)的節(jié)面處，在與圓柱滾軸4接觸位置的兩個定子組件上還設(shè)有用于固定圓柱滾軸4的V型凹槽3.4，所述壓電陶瓷片2為矩形壓電陶瓷片，并且沿長度方向進(jìn)行極化。
[0024]本實(shí)用新型提出了一種貼片式駐波旋轉(zhuǎn)型壓電作動器，采用了兩個同形的定子組件，利用其結(jié)構(gòu)以及振動特性的一致性特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)壓電作動器單一定子組件存在的兩相模態(tài)頻率不一致的問題，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、易于加工、裝配和微小型化的特點(diǎn)。
[0025]貼片式旋轉(zhuǎn)型壓電作動器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示，兩個同形定子組件具有相同的結(jié)構(gòu)以及振動特性，其中壓電陶瓷片沿著長度方向上極化，并粘貼在矩形板與圓柱滾軸接觸面相對的表面，其粘貼位置為定子組件縱向振動的節(jié)面處。
[0026]圓柱滾軸的局部安裝細(xì)節(jié)圖如圖3所示，圓柱滾軸的具體位置是位于上定子組件縱向振動的節(jié)面處和下定子組件縱向振動的波峰3.2或波谷處3.3 ;同時，為了使圓柱滾軸固定在上述位置，在上、下定子組件與圓柱滾軸接觸的位置設(shè)置了 V型凹槽。
[0027]定子組件由壓電陶瓷片與矩形板組成，其中壓電陶瓷片設(shè)置在矩形板的表面，圓柱滾軸設(shè)置在兩個定子組件之間，矩形板可根據(jù)應(yīng)用設(shè)計為矩形梁或者圓柱桿，同樣壓電陶瓷片根據(jù)矩形板的結(jié)構(gòu)變化而重新設(shè)計，兩個同形定子組件具有相同的結(jié)構(gòu)以及振動特性。
[0028]當(dāng)壓電陶瓷片被施加電信號后會激發(fā)出定子組件的2η+1 (η彡1，η為正整數(shù))階縱向振動模態(tài)。所述兩個同形的定子組件分別設(shè)置在圓柱滾軸的上下區(qū)域，分別為上定子組件和下定子組件，其中上、下定子組件分別在正弦電壓或余弦電壓的激勵下產(chǎn)生2η+1(η多1，η為正整數(shù))階縱向振動模態(tài)。所述圓柱滾軸設(shè)置在兩個定子組件的中間，并且兩個定子組件的位置錯開，具體位置是位于上定子組件縱向振動的節(jié)面處和下定子組件縱向振動的波峰或波谷處，同時，為了使圓柱滾軸固定在上述位置，在兩個定子組件與圓柱滾軸接觸的位置設(shè)置了 V型凹槽。所述固定裝置放置在定子組件的節(jié)面位置，并且在節(jié)線位置上均勻分布，用于固定和調(diào)節(jié)上下定子組件與圓柱滾軸之間的接觸壓力。所述圓柱滾軸始終與上定子組件的縱向振動節(jié)面位置接觸，而與下定子組件的縱向振動波峰或波谷位置交替接觸，其中與上定子組件的縱向振動波峰或者波谷