一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达，属于精密驱动与传动的技术领域。
【背景技术】
[0002]超声电机(又可称作压电马达)是一种利用压电元件的逆压电效应激发定子弹性体产生微幅高频的超声振动，通过定子与动子间的摩擦親合实现机械能输出的微特电机。根据动子的输出形式不同，超声电机可分为直线、旋转与多自由度等几种输出类型。螺纹超声电机作为目前诸多输出类型超声电机中的一种，其定子与动子间主要采用螺纹副进行传动，通过螺纹传动副实现旋转直线两自由度运动的输出。与其它类超声电机相比，螺纹副超声电机具有结构简单、定位精度高等优势，可广泛应用于精密驱动与传动的技术领域。
[0003]中国发明专利《超声导螺杆电动机》，授权公告号为CN1879232B，授权公告日为2010年04月07日，公开了一种用于驱动包含具有旋转轴的螺纹轴和与其配合的螺纹螺母的螺纹轴组件的装置，将螺纹螺母进行超声振动导致螺纹轴沿着轴向方向同时旋转并移动，螺纹轴连接到将轴向力施加到螺纹轴的载荷；中国发明专利《螺纹式直线超声电机》，申请公布号为CN 103036472A，申请公布日为2013年04月10日，公开的一种螺纹式直线超声电机包括定子和转子，定子包括定子基体和粘贴在其上的纵振压电片和扭振压电片，定子基体为，在中空圆柱体上切出均布的四个平面，用于粘贴纵振压电片和扭振压电片，纵振压电片和扭振压电片均对称安装，成对使用，转子贯穿于定子，并通过转子的外螺纹与定子上的两个螺纹驱动端的内螺纹相配合，纵振压电片和扭振压电片在定子上激励出纵振和扭振的复合振动，使得定子螺纹驱动端上的质点运动轨迹为椭圆，定子通过摩擦驱动转子旋转，并将旋转运动转化为直线运动。
[0004]上述几种实现方式的螺纹副驱动型超声电机，其虽能在压电元件超声振动激励下实现旋转直线运动输出，但由于其定子与动子间普遍采用单点接触驱动方式，导致其存在运动稳定性差、输出力较小等技术问题，严重制约了螺纹副驱动型超声电机的进一步应用与发展。
【发明内容】
[0005]为解决当前螺纹副驱动型超声电机的定子与动子间普遍采用单点接触驱动方式，导致其存在运动稳定性差、输出力较小等技术问题，本实用新型公开了一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是:一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达，由悬臂梁振子、4m个它激式伸缩元件和螺纹输出轴组成;所述悬臂梁振子设置有法兰盘、4个固定安装孔、避让孔、内连接螺纹和4m个粘接外平面，悬臂梁振子的法兰盘设置于悬臂梁振子的一侧端部，其通过4个固定安装孔实现悬臂梁振子的安装固定，悬臂梁振子的4个固定安装孔均匀设置于法兰盘端面的同一半径圆周上，内连接螺纹设置于悬臂梁振子的自由端部，避让孔设置于悬臂梁振子靠近法兰盘的一侧端部，且避让孔为直径大于内连接螺纹孔径的光滑圆孔，悬臂梁振子的4m个粘接外平面用于布置它激式伸缩元件，其中，m为大于等于2的正整数;所述4m个它激式伸缩元件均匀布置于悬臂梁振子中4m个粘接外平面的同一圆周上，且它激式伸缩元件到悬臂梁振子自由端的距离大于其到悬臂梁振子中法兰盘的距离;所述螺纹输出轴设置有外连接螺纹，其与悬臂梁振子的内连接螺纹旋合连接;所述4m个它激式伸缩元件中相互间隔布置的2m个它激式伸缩元件构成激振组A，其余相互间隔布置的2m个它激式伸缩元件构成激振组B;所述悬臂梁振子的内连接螺纹和螺纹输出轴的外连接螺纹可为梯形螺纹、三角形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹或非标螺纹;所述它激式伸缩元件可为电致伸缩片、磁致伸缩片、光致伸缩片或热致伸缩片。
[0007]本实用新型的有益效果:本实用新型一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达，通过施加超声频段内的交流激励电信号于它激式伸缩元件，激发悬臂梁振子产生两列具有多个波长的驻波振动模态，利用振动模态的叠加耦合，在悬臂梁振子与螺纹输出轴之间产生包含多个波峰和波谷的驱动行波，驱动螺纹输出轴实现运动输出。本实用新型具有运动平稳性好、输出力大等技术优势，在精密驱动与传动技术领域具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0008]图1所示为本实用新型提出的一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达的结构示意图；
[0009]图2所示为本实用新型提出的一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达的悬臂梁振子的剖视图；
[0010]图3所示为本实用新型提出的一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达的悬臂梁振子的侧视图；
[0011]图4所示为本实用新型提出的一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达的螺纹输出轴的结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]【具体实施方式】一:结合图1?图4说明本实施方式。本实施方式提供了利用12个它激式伸缩元件2进行激振的一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达的具体实施方案。所述一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达由悬臂梁振子1、12个它激式伸缩元件2和螺纹输出轴3组成。
[0013]所述悬臂梁振子I设置有法兰盘1-1、4个固定安装孔1-2、避让孔1-3、内连接螺纹1-4和12个粘接外平面1-5，悬臂梁振子I的材料选为黄铜材料，悬臂梁振子I的法兰盘1-1设置于悬臂梁振子I的一侧端部，其通过4个固定安装孔1-2实现悬臂梁振子I的安装固定，悬臂梁振子I的4个固定安装孔1-2均匀设置于法兰盘1-1端面的同一半径圆周上，内连接螺纹1-4设置于悬臂梁振子I的自由端部，悬臂梁振子I的内连接螺纹1-4表面需研磨处理，避让孔1-3设置于悬臂梁振子I靠近法兰盘1-1的一侧端部，且避让孔1-3为直径大于内连接螺纹1-4孔径的光滑圆孔，悬臂梁振子I的12个粘接外平面1-5用于布置它激式伸缩元件2;所述12个它激式伸缩元件2通过环氧树脂胶均匀布置于悬臂梁振子I中12个粘接外平面1-5的同一圆周上，且它激式伸缩元件2到悬臂梁振子I自由端的距离大于其到悬臂梁振子I中法兰盘1-1的距离;所述螺纹输出轴3设置有外连接螺纹3-1，螺纹输出轴3的材料选用不锈钢材料，螺纹输出轴3的外连接螺纹3-1表面需研磨处理，螺纹输出轴3与悬臂梁振子I的内连接螺纹1-4旋合连接;所述12个它激式伸缩元件2中相互间隔布置的6个它激式伸缩元件2构成激振组A，其余相互间隔布置的6个它激式伸缩元件2构成激振组B。所述悬臂梁振子I的内连接螺纹1-4和螺纹输出轴3的外连接螺纹3-1可为梯形螺纹、三角形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹或非标螺纹。所述它激式伸缩元件2可为电致伸缩片、磁致伸缩片、光致伸缩片或热致伸缩片。
[0014]【具体实施方式】二:本实施方式提供了一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达的激励方法具体实施方案。所述一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达的激励方法具体如下所示。
[0015]所述激振组A通以某一超声频段内(一般大于16kHz)的正弦波激励信号，激发悬臂梁振子I产生某一含有多个波峰和波谷的驻波振动模态;激振组B通以某一超声频段内(一般大于16kHz)的余弦波激励信号，激发悬臂梁振子I产生另一含有多个波峰和波谷的驻波振动模态；当激振组A与激振组B所施加激励电信号的相位差为90度时，两列驻波振动模态通过叠加耦合，在悬臂梁振子I和螺纹输出轴3之间形成含有多个波长的正向运动行波，驱动螺纹输出轴3实现正向运动输出；当激振组A与激振组B所施加激励电信号的相位差为270度时，两列驻波振动模态通过叠加耦合，在悬臂梁振子I和螺纹输出轴3之间形成含有多个波长的反向运动行波，驱动螺纹输出轴3实现反向运动输出。
【主权项】
1.一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达，由悬臂梁振子(l)、4m个它激式伸缩元件(2)和螺纹输出轴(3)组成;其特征在于:所述悬臂梁振子(I)设置有法兰盘(1-1)、4个固定安装孔(1-2)、避让孔(1-3)、内连接螺纹(1-4)和4m个粘接外平面(1-5)，悬臂梁振子(I)的法兰盘(1-1)设置于悬臂梁振子(I)的一侧端部，其通过4个固定安装孔(1-2)实现悬臂梁振子(I)的安装固定，悬臂梁振子(I)的4个固定安装孔(1-2)均匀设置于法兰盘(1-1)端面的同一半径圆周上，内连接螺纹(1-4)设置于悬臂梁振子(I)的自由端部，避让孔(1-3)设置于悬臂梁振子(I)靠近法兰盘(1-1)的一侧端部，且避让孔(1-3)为直径大于内连接螺纹(1-4)孔径的光滑圆孔，悬臂梁振子(I)的4m个粘接外平面(1-5)用于布置它激式伸缩元件(2)，其中，m为大于等于2的正整数;所述4m个它激式伸缩元件(2)均匀布置于悬臂梁振子(I)中4m个粘接外平面(1-5)的同一圆周上，且它激式伸缩元件(2)到悬臂梁振子(I)自由端的距离大于其到悬臂梁振子(I)中法兰盘(1-1)的距离;所述螺纹输出轴(3)设置有外连接螺纹(3-1)，其与悬臂梁振子(I)的内连接螺纹(1-4)旋合连接。2.根据权利要求1所述的一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达，其特征在于:所述4m个它激式伸缩元件(2)中相互间隔布置的2m个它激式伸缩元件(2)构成激振组A，其余相互间隔布置的2m个它激式伸缩元件(2)构成激振组B。3.根据权利要求1所述的一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达，其特征在于:所述悬臂梁振子(I)的内连接螺纹(1-4)和螺纹输出轴(3)的外连接螺纹(3-1)可为梯形螺纹、三角形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹或非标螺纹。4.根据权利要求1所述的一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达，其特征在于:所述它激式伸缩元件(2)可为电致伸缩片、磁致伸缩片、光致伸缩片或热致伸缩片。
【专利摘要】本实用新型公开了一种采用悬臂约束式大推力螺纹副驱动型压电马达，以解决当前螺纹副驱动型超声电机由于普遍采用单点接触驱动方式，导致运动稳定性差、输出力较小等问题。本实用新型由悬臂梁振子、4m个它激式伸缩元件和螺纹输出轴组成，悬臂梁振子设置有法兰、4个固定安装孔、避让孔、内连接螺纹和4m个粘接外平面，其中m为大于等于2的正整数，螺纹输出轴设有外连接螺纹。施加超声频段激励电信号于它激式伸缩元件，激发悬臂梁振子产生两列驻波振动模态，利用振动模态叠加耦合产生含有多个波长的驱动行波，驱动螺纹输出轴实现运动输出。本实用新型具有运动平稳性好、输出力大等技术优势，在精密驱动与传动技术领域具有广泛的应用前景。
【IPC分类】H02N2/16
【公开号】CN205319971
【申请号】CN201620030697
【发明人】程廷海, 李恒禹, 何璞, 殷梦飞, 张邦成, 柳虹亮
【申请人】长春工业大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月14日