一種彈性體預緊的壓電疊堆驅動器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種彈性體預緊的壓電疊堆驅動器，屬于精密機械與微納米級精密定位【技術領域】。壓電疊堆驅動器設置在彈性框架中，預緊螺母安裝在彈性框架的內螺紋通孔中，預緊螺母的下端面與壓電疊堆驅動器的上端面接觸。本發明能夠使彈性體預緊的壓電疊堆驅動器能夠對其內部的壓電疊堆驅動器施加預緊力，并且能夠方便、可靠的安裝壓電疊堆驅動器。壓電疊堆驅動器安裝于彈性框架中，結構緊湊，占用空間小且方便與支座或被驅動件之間的連接。彈性體預緊的壓電疊堆驅動器提高了壓電疊堆驅動的可靠性、重復性與使用壽命，適用于高精度納米驅動、高頻諧振驅動和高精密定位系統中。
【專利說明】 一種彈性體預緊的壓電疊堆驅動器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種彈性體預緊的壓電疊堆驅動器，屬于精密機械與微納米級精密定位【技術領域】。
【背景技術】
[0002]壓電疊堆驅動器用于精密儀器或設備中實現納米級位移驅動，力驅動，諧振驅動等。在應用壓電疊堆驅動器時，為了避免在使用過程中動態載荷對壓電疊堆驅動器的損壞，需要對壓電疊堆驅動器施加預緊力，并且保證壓電疊堆驅動器能夠帶動其位移輸出端自由伸長與收縮；另外，為了方便安裝，一般要求壓電疊堆驅動器能夠固定在基座上，并且其輸出位移端能夠與被驅動件銜接固定。
[0003]目前，常見的壓電疊堆驅動器是裸壓電疊堆驅動器，這種驅動器上沒有施加預緊力，并且其固定方式通常為粘貼固定，與被驅動件的裝配不靈活；也有已施加預緊力的壓電疊堆驅動器，如PI公司的機械封裝的壓電疊堆驅動器，封裝后的壓電驅動器在應用中往往易于安裝。但是市場上封裝的壓電疊堆驅動器的價位通常是同等規格的裸壓電疊堆驅動器的價位二倍多甚至更多。所以設計結構新穎與成本低廉的具有預緊功能且便于安裝應用的壓電疊堆驅動器是非常必要的。
[0004]經過對現有技術文獻檢索發現，目前市場上的機械封裝的壓電疊堆驅動器大多數采用封閉式封裝，將壓電疊堆驅動器放置于狹小的封閉空間內，壓電疊堆驅動器的位移輸出端位于外部，實現對內部壓電疊堆驅動器的預緊與位移驅動功能，這種封裝形式結構緊湊，體積小，方便安裝，然而其不足是內部結構復雜，且需要考慮防灰塵密封，成本較高。程伶俐等人提出一種壓電陶瓷驅動器彈性套筒(程伶俐，余曉芬等，壓電陶瓷驅動器彈性套筒的研究，中國機械工程，2010，21 (10):1139-1142)，其主要特征是在圓柱體套筒進行局部切割形成彈性套筒，此封裝結構簡單，但是長期使用進入套筒內的灰塵不易清除。中國專利號CN 200810010083.7，名稱為“壓電疊堆驅動器的封裝固定結構器”的專利，提出一種π型的柔性封裝結構對壓電疊堆驅動器施加預緊力，并在封裝結構上開出安裝孔以便于驅動器的安裝，其不足之處是該封裝結構占用空間大，不適用于空間有限的場合。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是:1、封閉式機械封裝的壓電疊堆驅動器內部結構復雜，且灰塵不易清除，需要考慮防灰塵密封；2、已有施加預緊力的壓電疊堆驅動器的封裝結構占用空間大，且加工成本高，針對以上問題，提供一種結構緊湊、成本低廉且無需考慮灰塵問題的敞開式封裝的彈性體預緊的壓電疊堆驅動器。
[0006]本發明的目的是以下述方式實現的:
一種彈性框架，所述的彈性框架為一體結構且關于中心線對稱，彈性框架的中心為腔體；腔體的上邊為上固定板，下邊為下固定板，上固定板和下固定板的上下兩端面均垂直于中心線；腔體的左右兩側分別為左彈性支撐板和右彈性支撐板，左彈性支撐板與右彈性支撐板的中間段分別為左彈性組件與右彈性組件；上固定板的的上端面四個角位置分別設置有緊固孔I，下固定板的下端面四個角的位置分別設置有緊固孔II ;彈性框架的內螺紋通孔設置在上固定板的中心位置。
[0007]所述的彈性框架材質為彈簧鋼或者鈹青銅。
一種彈性體預緊的壓電疊堆驅動器，壓電疊堆驅動器設置在彈性框架中，預緊螺母安裝在彈性框架的內螺紋通孔中，預緊螺母的下端面與壓電疊堆驅動器的上端面接觸。
[0008]上述的彈性框架為一體結構且關于中心線對稱，彈性框架的中心為腔體；腔體的上邊為上固定板，下邊為下固定板，上固定板和下固定板的上下兩端面均垂直于中心線；腔體的左右兩側分別為左彈性支撐板和右彈性支撐板，左彈性支撐板與右彈性支撐板的中間段分別為左彈性組件與右彈性組件；上固定板的的上端面四個角位置分別設置有緊固孔
I，下固定板的下端面四個角的位置分別設置有緊固孔II ;彈性框架的內螺紋通孔設置在上固定板的中心位置。
[0009]所述的壓電疊堆驅動器用液膠黏固于彈性框架中，壓電疊堆驅動器關于中心線對稱。
[0010]所述的右彈性組件與左彈性組件為至少一個方波形或者三角波形或者倒U的彈性元件組成。
[0011]所述的彈性框架材質為彈簧鋼或者鈹青銅。
相對于現有技術，本發明能夠使彈性體預緊的壓電疊堆驅動器能夠對其內部的壓電疊堆驅動器施加預緊力，并且能夠方便、可靠的安裝壓電疊堆驅動器。壓電疊堆驅動器安裝于彈性框架中，結構緊湊，占用空間小且方便與支座或被驅動件之間的連接。彈性體預緊的壓電疊堆驅動器提高了壓電疊堆驅動的可靠性、重復性與使用壽命，適用于高精度納米驅動、聞頻諧振驅動和聞精密定位系統中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明結構示意圖。
[0013]圖2是圖1的俯視圖。
[0014]圖3是圖2的階梯剖視圖。
[0015]圖4是方波形彈性組件。
[0016]圖5是三角波形彈性組件。
[0017]圖6是倒U形彈性組件。
[0018]其中，I是壓電疊堆驅動器；II是彈性框架JII是預緊螺母；1是中心線；2是內螺紋通孔；3是緊固孔I ;4是右彈性組件；5是右彈性支撐板；6是緊固孔II ;7是下固定板；8是左彈性組件；9是左彈性支撐板；10是上固定板。
【具體實施方式】
[0019]一種彈性框架，所述的彈性框架II為一體結構且關于中心線I對稱，彈性框架II的中心為腔體；腔體的上邊為上固定板10，下邊為下固定板7，上固定板10和下固定板7的上下兩端面均垂直于中心線；腔體的左右兩側分別為左彈性支撐板9和右彈性支撐板5，左彈性支撐板9與右彈性支撐板5的中間段分別為左彈性組件8與右彈性組件4 ;上固定板10的的上端面四個角位置分別設置有緊固孔I 3，下固定板7的下端面四個角的位置分別設置有緊固孔II 6 ;彈性框架II的內螺紋通孔設置在上固定板10的中心位置。所述的彈性框架II材質為45#鋼、65Mn彈簧鋼、60Si2Mn彈簧鋼、鈹青銅(QBe2)或者A17075-T6超硬鋁。一種彈性體預緊的壓電疊堆驅動器，壓電疊堆驅動器I設置在彈性框架II中，預緊螺母III安裝在彈性框架II的的內螺紋通孔2中，預緊螺母III的下端面與壓電疊堆驅動器I的上端面接觸。上述的彈性框架II為一體結構且關于中心線I對稱，彈性框架II的中心為腔體；腔體的上邊為上固定板10，下邊為下固定板7，上固定板10和下固定板7的上下兩端面均垂直于中心線；腔體的左右兩側分別為左彈性支撐板9和右彈性支撐板5，左彈性支撐板9與右彈性支撐板5的中間段分別為左彈性組件8與右彈性組件4 ;上固定板10的的上端面四個角位置分別設置有緊固孔I 3，下固定板7的下端面四個角的位置分別設置有緊固孔II 6 ;彈性框架II的內螺紋通孔設置在上固定板10的中心位置。所述的壓電疊堆驅動器I用液膠黏固于彈性框架II中，壓電疊堆驅動器I關于中心線對稱。所述的右彈性組件4與左彈性組件8為至少一個方波形或者三角波形或者倒U的彈性元件組成。所述的彈性框架
II材質為45#鋼、65Mn彈簧鋼、60Si2Mn彈簧鋼、鈹青銅(QBe2)或者A17075-T6超硬鋁。
[0020]彈性體預緊的壓電疊堆驅動器各組件之間的裝配實施方式:從彈性框架II的前邊或后邊，將壓電疊堆驅動器I放置于彈性框架II的腔體中，壓電疊堆驅動器I的兩側壁與彈性框架II的左彈性支撐板9與右彈性支撐板5的內壁之間留有相同大小的間隙且壓電疊堆驅動器I的電源引線避開壓電疊堆驅動器I與左彈性支撐板9、右彈性支撐板5之間的最小間隙處，壓電疊堆驅動器I的一端面用膠液粘固于下固定板7的內側面，預緊螺母II安裝于彈性框架I中的內螺紋通孔2中，且使預緊螺母III的端面緊貼壓電疊堆驅動器I的另一端面，對壓電疊堆驅動器I施加一定的預緊力；裝配好的彈性體預緊的壓電疊堆驅動器整體關于中心線I對稱。
[0021]彈性體預緊的壓電疊堆驅動器的應用實施方式:通過彈性框架II下固定板7上的四個緊固孔II 6將彈性體預緊的壓電疊堆驅動器緊固在基座上，將被驅動件通過彈性框架
II上固定板上10的四個緊固孔I 3緊固在彈性體預緊的壓電疊堆驅動器I上，給壓電疊堆驅動器I施加驅動電壓，根據逆壓電效應，壓電疊堆驅動器I沿軸向伸長，帶動彈性框架II沿軸向伸長，最終使被驅動件沿軸向移動。
【權利要求】
1.一種彈性框架，其特征在于:所述的彈性框架為一體結構且關于中心線對稱，彈性框架的中心為腔體；腔體的上邊為上固定板，下邊為下固定板，上固定板和下固定板的上下兩端面均垂直于中心線；腔體的左右兩側分別為左彈性支撐板和右彈性支撐板，左彈性支撐板與右彈性支撐板的中間段分別為左彈性組件與右彈性組件；上固定板的的上端面四個角位置分別設置有緊固孔I，下固定板的下端面四個角的位置分別設置有緊固孔II ;彈性框架的內螺紋通孔設置在上固定板的中心位置。
2.根據權利要求1所述的一種彈性框架，其特征在于:所述的彈性框架材質為彈簧鋼或者鈹青銅。
3.一種彈性體預緊的壓電疊堆驅動器，包括壓電疊堆驅動器，其特征在于:壓電疊堆驅動器設置在彈性框架中，預緊螺母安裝在彈性框架的的內螺紋通孔中，預緊螺母的下端面與壓電疊堆驅動器的上端面接觸。
4.根據權利要求3所述的一種彈性體預緊的壓電疊堆驅動器，其特征在于:所述的彈性框架為一體結構且關于中心線對稱，彈性框架的中心為腔體；腔體的上邊為上固定板，下邊為下固定板，上固定板和下固定板的上下兩端面均垂直于中心線；腔體的左右兩側分別為左彈性支撐板和右彈性支撐板，左彈性支撐板與右彈性支撐板的中間段分別為左彈性組件與右彈性組件；上固定板的的上端面四個角位置分別設置有緊固孔I，下固定板的下端面四個角的位置分別設置有緊固孔II ;彈性框架的內螺紋通孔設置在上固定板的中心位置。
5.根據權利要求3所述的一種彈性體預緊的壓電疊堆驅動器，其特征在于:所述的壓電疊堆驅動器用液膠黏固于彈性框架中，壓電疊堆驅動器關于中心線對稱。
6.根據權利要求3所述的一種彈性體預緊的壓電疊堆驅動器，其特征在于:所述的右彈性組件與左彈性組件為至少一個方波形或者三角波形或者倒U形的彈性元件組成。
7.根據權利要求3所述的一種彈性體預緊的壓電疊堆驅動器，其特征在于:所述的彈性框架材質為彈簧鋼或者鈹青銅。
【文檔編號】H02N2/04GK104241516SQ201410506970
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2014年9月28日
【發明者】張段芹, 吳學紅, 張德海, 王守方, 楊發亮, 劉建秀, 張海波 申請人:鄭州輕工業學院