本发明属于精密驱动与定位技术领域，具体涉及一种直线压电马达。
背景技术：
压电马达是利用压电体的压电逆效应进行机电能量转换的电动机，根据运动方式可分为旋转型和直线型。惯性冲击式直线压电马达是一种常见压电马达，具有低速性能好，操作简单、分辨率高的优点，广泛应用于机器人传动、精密定位系统等领域。传统惯性冲击式直线压电马达采用向压电堆输入锯齿波的方式进行驱动，无法在谐振状态下工作，这导致振动效率很低只能达到3%，输出推力一般低于0.5n，且产生热量高，成本高。例如浙江大学彭玉鑫等研制的惯性冲击式直线压电马达输出推力仅为0.35n。
技术实现要素：
为了解决传统惯性冲击式压电马达无法达到谐振状态，工作效率低，输出推力低的问题，研制了一种谐振型惯性冲击式压电马达。
一种谐振型惯性冲击式压电马达包括驱动机构、预紧机构和导向机构。
所述驱动机构包括输出杆1、止动体6、压电振子7和压电片9；所述压电振子7包括圆盘71和振子杆72，圆盘71固定套设于振子杆72的中部；所述输出杆1的一端固定连接着止动体6中部的一侧面，所述压电振子7通过振子杆72固定连接着止动体6中部的另一侧面，输出杆1和振子杆72同轴，使输出杆1、止动体6和压电振子7形成一个同轴的整体；所述压电片9固定设于压电振子7中圆盘71的外侧面上；输出杆1的另一端为输出端。
所述预紧机构包括上壳体3、下壳体13、底板10、导轨5和滑块4；所述上壳体3的轴向两侧和下壳体13的轴向两侧对应配合通过两个以上的预紧螺栓固定连接着形成管状腔体；每个预紧螺栓上套设有预紧弹簧12；所述下壳体13固定在底板10的中部，所述管状空腔与底板10的长度方向同向，与下壳体13对应的底板10宽度方向一侧设有直立的竖板，所述导轨5设于竖板上，所述滑块4配合设有导轨5上；
所述导向机构包括一对轴承座2和一对直线轴承；一对轴承座2分别设于下壳体13两侧的底板10的长度方向上；所述驱动机构的输出杆1的一端和振子杆72的一端通过直线轴承设于轴承座2上，且使驱动机构的止动体6位于上壳体3和下壳体13形成的管状空腔内；与滑块4对应的上壳体3一侧通过连接板14使滑块4和上壳体3固定连接。
所述谐振型惯性冲击式压电马达的工作频率为10.5khz、工作电压为100v，输出杆1水平轴向可移动行程为20mm，水平轴向对外输出推力可达0.8n，工作效率可达8%；
工作时，当连续向压电片9输入谐波时，驱动机构宏观上进行单向直线运动，输出杆1稳定水平轴向向外输出推力。
进一步限定的技术方案如下：
所述压电振子7的圆盘71的直径为25mm、厚度为5mm，振子杆72的直径为3mm、长度为66mm。圆盘71的两侧面分别开设有环槽，环槽的深度为1.5mm、内直径为3mm、外直径为20mm；所述压电片9设于圆盘一侧面的环槽内；压电振子7整体质量为16g。
所述止动体6的中部为立方体62，立方体62的顶部固定设有上凸块61，上凸块61的顶面为上圆弧面；立方体62的底部固定设有下凸块63，下凸块63的顶面为下圆弧面；所述上圆弧面、下圆弧面分别与管状腔体的内壁接触。
所述止动体6的中部立方体62的长度、宽度和高度均为10mm，对应的两侧面上分别开设有直径3mm深4mm的孔。上凸块61与下凸块63大小形状相同，长度、宽度和高度均为5mm；上凸块61或下凸块63的顶面圆弧顶点与所在圆弧圆心所连直线与竖直方向的夹角θ为8度。止动体6的质量为9g。
所述输出杆1的直径3mm，长50mm，质量为3g。
所述滑块4长度22.5mm、宽度17mm、高7.7mm。所述导轨5长度40mm。
所述压电振子7、输出杆1、止动体6、上壳体3、下壳体13的材料均为65mn钢。
所述压电片9的材料为锆钛酸铅压电陶瓷。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明所提到的压电马达采用上壳体与下壳体夹紧止动体，止动体只可单向移动的自钳位机构来保证输出杆只能单向移动，因此可使用单谐波进行驱动而无需使用锯齿波驱动，使压电马达可在谐振状态下工作，工作效率提高到8%，输出力可达0.8n。
2.本发明所提到的压电马达采用在压电振子的圆盘上粘贴压电片的方式，通过压电片的逆压电效应来使圆盘外圈左右振动从而产生驱动力，较传统采用压电堆驱动的惯性冲击式压电马达产生热量低，成本低。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为预紧机构示意图。
图3为驱动机构示意图。
图4为止动体结构示意图。
图5为压电振子结构示意图。
图6为导向机构示意图。
图7为底座示意图。
图8为上壳体示意图。
图9为直线滑轨示意图。
图10为止动体自钳位示意图。
图11为谐波信号图。
图12为驱动机构位移图。
图13驱动机构作动状态一示意图。
图14驱动机构作动状态二示意图。
图15驱动机构作动状态三示意图。
上图中序号：输出杆1、轴承座2、上壳体3、滑块4、导轨5、止动体6、压电振子7、压电片9、底板10、预紧弹簧12、下壳体13、连接板14、上凸块61、立方体62、下凸块63、圆盘71、振子杆72。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例
参见图1，一种谐振型惯性冲击式压电马达包括驱动机构、预紧机构和导向机构。
参见图3，驱动机构包括输出杆1、止动体6、压电振子7和压电片9。
参见图5，压电振子7包括圆盘71和振子杆72，圆盘71固定套设于振子杆72的中部。压电振子7的圆盘71的直径为25mm、厚度为5mm，振子杆72的直径为3mm、长度为66mm。圆盘71的两侧面分别开设有环槽，环槽的深度为1.5mm、内直径为3mm、外直径为20mm。压电片9固定安装于圆盘一侧面的环槽内，压电片9的材料为锆钛酸铅压电陶瓷。压电振子7整体质量为16g。
参见图4，止动体6的中部为立方体62，立方体62的长度、宽度和高度均为10mm，对应的两侧面上分别开设有直径3mm、深4mm的安装孔。立方体62的顶部固定设有上凸块61，上凸块61的顶面为上圆弧面；立方体62的底部固定设有下凸块63，下凸块63的顶面为下圆弧面；上圆弧面、下圆弧面分别与管状腔体的内壁接触。上凸块61与下凸块63大小形状相同，长度、宽度和高度均为5mm；上凸块61或下凸块63的顶面圆弧顶点与所在圆弧圆心所连直线与竖直方向的夹角θ为8度。止动体6的质量为9g。
输出杆1的直径3mm、长度50mm、质量为3g。输出杆1的一端通过安装孔固定连接着立方体62一侧面，压电振子7的振子杆72的的一端通过安装孔固定连接着立方体62的另一侧面，输出杆1和振子杆72同轴，使输出杆1、止动体6和压电振子7形成一个同轴的整体，输出杆1的另一端为输出端。
参见图2，预紧机构包括上壳体3、下壳体13、底板10、导轨5和滑块4。上壳体3的轴向两侧和下壳体13的轴向两侧对应配合通过两个以上的预紧螺栓固定连接着形成管状腔体；每个预紧螺栓上套装有预紧弹簧12。图7和图8，下壳体13固定在底板10的中部，管状空腔与底板10的长度方向同向，与下壳体13对应的底板10宽度方向一侧固定安装有直立的竖板，导轨5固定安装于竖板上，参见图9，滑块4配合安装在导轨5上；滑块4的长度22.5mm、宽度17mm、高7.7mm，导轨5长度40mm。
压电振子7、输出杆1、止动体6、上壳体3、下壳体13的材料均为65mn钢。
参见图6，导向机构包括一对轴承座2和一对直线轴承，一对轴承座2分别安装于下壳体13两侧的底板10的长度方向上；驱动机构的输出杆1的一端和振子杆72的一端分别通过直线轴承安装于轴承座2上，且使驱动机构的止动体6位于上壳体3和下壳体13形成的管状空腔内；与滑块4对应的上壳体3一侧通过连接板14使滑块4和上壳体3固定连接。
压电马达的工作原理说明如下：
参见图10，止动体6的上凸块61与下凸块63与上壳体3和下壳体13接触。当接触点与圆心所连直线与竖直方向的夹角θ小于止动体6与上壳体3及与下壳体13材料的摩擦角时，止动体6在向右的拉力作用下，无法向右移动，在向左的推力下，止动体6可以向左移动，由此实现单向移动。
参见图11与图12，图11为谐波信号图，图12为驱动机构位移图。工作时，向压电片9输入频率为10.5khz的谐波，当施加谐波信号为正时，驱动机构位移增加；当施加谐波信号为负时，驱动机构停止移动。参见图13，驱动机构初始位置如状态一；参见图14，在一个谐波周期内，当施加谐波信号为正时，圆盘71外圈从左极限向右摆动，止动体6向左移动，当圆盘71外圈处于右极限，止动体6完成一个步距的移动如状态二即整个驱动机构前移一个步距；参见图15，当施加谐波信号为负时，圆盘71从右极限摆动至左极限，止动体6保持不动如状态三，一个周期完成，宏观上驱动机构向左位移一个步距。当施加谐波信号完成第二个周期，驱动机构继续向左移动一个步距。所以当连续向压电片9输入谐波信号时，驱动机构宏观上进行单向直线运动，输出杆1稳定向外输出推力。