一種旋轉型行波超聲電機及其定子與轉子預緊方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及壓電超聲電機領域。
【背景技術】
[0002]超聲電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在彈性體中產生超聲頻段內的振動，在彈性體表面形成具有特定軌跡的質點運動，通過定子與動子之間的摩擦親合將質點的微觀運動轉換成轉子的宏觀運動的一種微特電機。旋轉型超聲波電機與傳統電機相比具有低速大轉矩、響應速度快、無電磁干擾、斷電自鎖等優點。但是，隨著航天領域技術的不斷發展，超聲電機相比于傳統電機的一些優點還需不斷提高。因此研制出結構緊湊、重量更輕的旋轉型超聲電機具有十分重要的意義。
[0003]公開號為202111634U，公開日為2012年01月11日，專利名稱為“螺母調節預壓力的旋轉型行波超聲電機”的發明專利在輸出軸上加工有一段螺紋，通過旋轉預緊螺母將固聯在轉軸上的轉子向定子的方向拉緊，通過控制預緊螺母在轉軸的中心線沿定子的方向移動距離控制定子與轉子之間的正壓力。對正壓力的調節需先取下鎖緊螺母，調節預緊螺母，再旋上鎖緊螺母。這種正壓力的調節方式簡單:雖不需要拆卸整個超聲電機，但是通過螺母調節預緊力，不斷地對鎖緊螺母和預緊螺母的拆裝會影響超聲電機的精度；如果擰緊力過大往往會導致螺母疲勞失效以致預緊失效；再之，通過螺母調節預緊力雖然調節方法簡單，但是這是犧牲超聲電機質量的前提下進行的，因為預緊螺母與鎖緊螺母帶給超聲電機在質量上和體積上的影響是不可忽略不記的。公開號為2017423241]，公開日為2011年02月09日，專利名稱為“旋轉型行波超聲電機”的不足之處在于:超聲電機的外殼與底座通過螺栓連接，預緊力通過上軸承施加到轉子上，定子和轉子之間通過正壓力產生轉動所需摩擦力。通過在轉軸突肩處與上軸承之間放置一定數量的墊片來調整正壓力的大小。一方面，由于墊片本身具有彈性變形，所以難以掌握墊片的厚度，不能精確地控制預緊力的大小；另一方面，很難保證均勻的施加正壓力，因為在擰緊底座與外殼之間的聯接螺栓時，很難保證它們的擰緊力完全相同。螺栓在超聲電機長期運轉后會產生松脫落，對正壓力的施加也有不良影響。現有旋轉型行波超聲電機的預緊力的施加方式為:通過擰緊外殼和底座之間的連接螺栓來施加預壓力，超聲電機中預緊力的傳遞為外殼、轉軸、轉子、定子，這就限制了外殼和底座的尺寸，導致超聲電機的外殼和底座過重。為減輕外殼質量，需優化預緊加載方式。因此，設計預緊力控制更可靠、結構更加緊湊、重量輕的旋轉型行波超聲電機具有重大意義。
【發明內容】
[0004]本發明為了解決現有超聲電機預緊力調節所存在的問題，提出了一種旋轉型行波超聲電機及其定子與轉子預緊方法。
[0005]—種旋轉型行波超聲電機，它包括轉軸、轉子、定子、壓電陶瓷、底座和外殼，所述外殼與底座固定連接，定子安裝在底座上，壓電陶瓷粘貼在定子下表面，壓電陶瓷的引線通過底座與外殼之間預留的縫隙引出，轉子安裝在轉軸上，轉子下端面粘貼有摩擦材料并與定子的表面接觸，所述轉軸頂部通過上軸承安裝在外殼端蓋上，轉軸下端通過下軸承固定在底座上，它還包括預緊墊片和彈性擋圈，轉軸的下端開有兩個環形槽，所述預緊墊片和彈性擋圈分別安裝在兩個環形槽中，且預緊墊片與下軸承的底部緊貼。
[0006]—種旋轉型行波超聲電機，它包括轉軸、轉子、定子、壓電陶瓷、底座和外殼，所述外殼與底座固定連接，定子安裝在底座上，壓電陶瓷粘貼在定子下表面，壓電陶瓷的引線通過底座與外殼之間的縫隙引出，轉子安裝在轉軸上，轉子下端面粘貼有摩擦材料并與定子的表面接觸，所述轉軸頂部通過球形軸肩與轉子連接，通過上軸承安裝在外殼端蓋上，轉軸下端通過下軸承固定在底座上，它還包括預緊墊片和彈性擋圈，轉軸的下端開有兩個環形槽，所述預緊墊片和彈性擋圈分別安裝在兩個環形槽中，且預緊墊片與下軸承的底部緊貼。
[0007]—種旋轉型行波超聲電機定子與轉子預緊方法，它是基于下述旋轉型行波超聲電機實現的，所述旋轉型行波超聲電機包括轉軸、轉子、定子、壓電陶瓷、底座和外殼，所述外殼與底座固定連接，定子安裝在底座上，壓電陶瓷粘貼在定子下表面，壓電陶瓷的引線通過底座與外殼之間的縫隙引出，轉子安裝在轉軸上，轉子下端面粘貼有摩擦材料并與定子的表面接觸，所述轉軸頂部通過上軸承安裝在外殼端蓋上，轉軸下端通過下軸承固定在底座上，所述預緊方法為:轉軸下端通過切槽安裝預緊墊片和彈性擋圈，預緊墊片緊靠下軸承的內測安裝，彈性擋圈通過切槽緊靠于預緊墊片的下方，對預緊墊片進行封閉，彈性擋圈通過預緊墊片對下軸承施力，通過轉軸作用在轉子上。
[0008]—種旋轉型行波超聲電機定子與轉子預緊方法，它是基于下述旋轉型行波超聲電機實現的，所述旋轉型行波超聲電機包括轉軸、轉子、定子、壓電陶瓷、底座和外殼，所述外殼與底座固定連接，定子安裝在底座上，壓電陶瓷粘貼在定子下表面，壓電陶瓷的引線通過底座與外殼之間的縫隙引出，轉子安裝在轉軸上，轉子下端面粘貼有摩擦材料并與定子的表面接觸，所述轉軸頂部通過球形軸肩與轉子連接，轉軸下端通過下軸承固定在底座上，所述預緊方法為:轉軸下端通過切槽安裝預緊墊片和彈性擋圈，預緊墊片緊靠下軸承的內測安裝，彈性擋圈通過切槽緊靠于預緊墊片的下方，對預緊墊片進行封閉，彈性擋圈通過預緊墊片對下軸承施力，通過轉軸作用在轉子上。
[0009]有益效果:本發明結構簡單，重量輕。本發明超聲電機解除了原有超聲電機預緊力對外殼和底座的限制，可以對外殼和底座進行進一步的結構和材料的優化，從而達到輕量化。用彈性擋圈預緊，預緊可靠，不會松脫:轉軸上加工一段環形槽，通過安裝彈性擋圈對預緊墊片封閉，使其結構內受力構成一個封閉系統，彈性擋圈通過預緊墊片對下軸承施力，通過轉軸作用在轉子上，從而定子與轉子之間獲得正壓力。
【附圖說明】
[0010]圖1為現有旋轉型行波超聲電機的結構示意圖；
[0011]圖2為【具體實施方式】一和【具體實施方式】五所述的旋轉型行波超聲電機的結構示意圖；
[0012]圖3為【具體實施方式】三和【具體實施方式】七所述的旋轉型行波超聲電機的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]【具體實施方式】一、結合圖2說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】所述的一種旋轉型行波超聲電機包括轉軸1、轉子4、定子6、壓電陶瓷7、底座8和外殼3，所述外殼3與底座8固定連接，定子6安裝在底座8上，壓電陶瓷7粘貼在定子6下表面，壓電陶瓷7的引線通過底座8與外殼3之間的縫隙引出，轉子4安裝在轉軸I上，轉子4下端面粘貼有摩擦材料5并與定子6的表面接觸，所述轉軸I頂部通過上軸承2安裝在外殼3端蓋上，轉軸I下端通過下軸承9固定在底座8上，它還包括預緊墊片10和彈性擋圈11，轉軸I的下端開有兩個環形槽，所述預緊墊片10和彈性擋圈11分別安裝在兩個環形槽中，且預緊墊片10與下軸承9的底部緊貼。
[0014]本實施方式采用在轉軸I上加工一段環形槽的方式，切槽的深度及寬度由所給要求計算得出，通過安裝彈性擋圈11對預緊墊片10封閉，使其結構內受力構成一個封閉系統，彈性擋圈11通過預緊墊片10對下軸承9內側施力，通過底座8與轉軸I作用在轉子上，從而定子6與轉子4之間的正壓力隨著預緊墊片10的厚度與數量的增大而增大，獲得的預緊力就越大，預緊力的大小控制可以通過彈性力學計算和反復試驗確定。
[0015]【具體實施方式】二、結合圖3說明本【具體實施方式】，本【具體實施方式】所述的一種旋轉型行波超聲電機包括轉軸1、轉子4、定子6、壓電陶瓷7、底座8和外殼3，所述外殼3與底座8固定連接，定子6安裝在底座8上，壓電陶瓷7粘貼在定子6下表面，壓電陶瓷7的引線通過底座8與外殼3之間的縫隙引出，轉子4安裝在轉軸I上，轉子4下端面粘貼有摩擦材料5并與定子6的表面接觸，所述轉軸I頂部通過球形軸肩與轉子4連接，通過上軸承2安裝在外殼3端蓋上，轉軸I下端通過下軸承9固定在底座8上，它還包括預緊墊片10和彈性擋圈11，轉軸I的下端開有兩個環形槽，所述預緊墊片10和彈性擋圈11分別安裝在兩個環形槽中，且預緊墊片10與下軸承9的底部緊貼。
[0016]本實施方式在轉軸I上設計一個球面軸肩從而保證轉子連同轉軸相對于定子可以自動找中心，相對于雙端支撐超聲電機可以克服兩個軸承由于誤差而不同心的問題，從而最大限度地保證定轉子接觸界面上壓力的均勻分布，解決原有超聲電機在安裝過程中軸線會偏離理想軸線的問題，去掉了上軸承，轉軸的設計也有所突破。
[0017]【具體實施方式】三、本【具體實施方式】與【具體實施方式】一所述的一種旋轉型行波超聲電機的區別在于，定子6與轉子4之間為錐面接觸。
[0018]本實施方式中，定子6與轉子4之間的接觸采用錐面接觸，且兩者間的徑向接觸尺寸要非常小，從而能夠降低噪音，提高能量的轉換效率。由于本發明利用彈性擋圈11和預緊墊片10通過下軸承9對轉子4和定子6施加正壓力，而不是像公開號為201742324U，公開日為2011年02月09日，專利名稱為“旋轉型行波超聲電機”中，外殼與底座通過螺栓連接，并通過上軸承將預緊力施加到轉子上，為定子和轉子之間提供傳動所需的正壓力。因此，超聲電機的外殼和底座在不受傳遞正壓力約束的條件下，質量可以更加輕量化，