專利名稱：使用復(fù)合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用復(fù)合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺(tái)，屬于壓電超聲驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
直線平臺(tái)是機(jī)械制造和精密儀器領(lǐng)域中最為常用的一種設(shè)備，目前成熟的直線平臺(tái)多數(shù)采用旋轉(zhuǎn)型電磁電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)將電磁電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為工作平臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)；由于采用了轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，使得系統(tǒng)較為復(fù)雜，并且一定程度上會(huì)降低平臺(tái)的定位精度。直線型超聲電機(jī)利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在彈性體中激勵(lì)出超聲頻段內(nèi)的振動(dòng)，在彈性體表面特定點(diǎn)或特定區(qū)域形成具有特定軌跡的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過振子、動(dòng)子之間的摩擦耦合將質(zhì)點(diǎn)的微觀運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成動(dòng)子的直線運(yùn)動(dòng)，具有低速大推力、定位精度高、無電磁干擾、響應(yīng)速度快和斷電自鎖等優(yōu)點(diǎn)。直線型超聲電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)使得其非常適合應(yīng)用于直線平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有電磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直線平臺(tái)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位精度低等問題，提供了一種使用復(fù)合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺(tái)。本發(fā)明所述使用復(fù)合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺(tái)，它包括振子、兩個(gè)直線導(dǎo)軌、兩個(gè)動(dòng)子、兩個(gè)擋板、平臺(tái)、基座、兩個(gè)定位架、預(yù)壓梁、板簧和預(yù)壓螺釘，兩個(gè)直線導(dǎo)軌平行設(shè)置于基座的上表面，每個(gè)直線導(dǎo)軌上均設(shè)置有一個(gè)動(dòng)子，兩個(gè)動(dòng)子沿運(yùn)動(dòng)方向的一側(cè)端部與一個(gè)擋板固定連接，兩個(gè)動(dòng)子沿運(yùn)動(dòng)方向的另一側(cè)端部與另一個(gè)擋板固定連接，平臺(tái)與兩個(gè)擋板的上端面固定連接，預(yù)壓梁通過兩個(gè)定位架固定在基座上，該預(yù)壓梁高于動(dòng)子且位于兩個(gè)動(dòng)子的中間，所述振子包括兩個(gè)安裝座和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足，每個(gè)定位架的內(nèi)側(cè)表面中間加工有矩形截面槽，振子中間的兩側(cè)面對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)安裝座，所述兩個(gè)安裝座分別嵌入安裝在兩個(gè)定位架的矩形截面槽內(nèi)，板簧的兩端分別固定在兩個(gè)安裝座的上端面上，旋合在預(yù)壓梁上的預(yù)壓螺釘?shù)哪┒藟涸诎寤缮媳砻娴闹虚g， 使振子的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足分別與一個(gè)動(dòng)子的上表面相接觸。所述振子還包括兩個(gè)端蓋、八片彎振壓電陶瓷片、法蘭、兩個(gè)薄壁梁、兩個(gè)絕緣套、 八個(gè)電極片和兩個(gè)摩擦片，所述兩個(gè)安裝座對(duì)稱設(shè)置于法蘭的兩側(cè)，每個(gè)安裝座均通過薄壁梁與法蘭固定連接，法蘭的兩個(gè)端面分別居中設(shè)置一個(gè)螺柱，每個(gè)螺柱上均套有四片彎振壓電陶瓷片，螺柱與四片彎振壓電陶瓷片的套接面之間設(shè)置有絕緣套，在法蘭的端面與彎振壓電陶瓷片之間、及相鄰的彎振壓電陶瓷片之間均固定有電極片；所述端蓋是截面為方形或者圓形并由首端面至末端面逐漸變細(xì)的塊體，端蓋的首端面的中心有一個(gè)帶內(nèi)螺紋的盲孔，兩個(gè)端蓋分別通過其盲孔旋合于兩個(gè)螺柱的端部，從而將彎振壓電陶瓷片壓緊在端蓋和相應(yīng)的法蘭端面之間，每個(gè)端蓋的末端面上設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)足，驅(qū)動(dòng)足為截面和端蓋的末端面形狀完全相同的塊體，所述截面與端蓋的末端面相互平行，每個(gè)驅(qū)動(dòng)足的底側(cè)面上設(shè)置有矩形槽，該矩形槽內(nèi)固定摩擦片，驅(qū)動(dòng)足通過摩擦片與動(dòng)子的上表面相接觸；所述彎振壓電陶瓷片均沿厚度方向極化，將兩個(gè)端蓋之間的八片彎振壓電陶瓷片順序排號(hào)，第一片和第二片彎振壓電陶瓷片極化方向相反、第二片和第七片彎振壓電陶瓷片極化方向相同、第七片和第八片彎振壓電陶瓷片極化方向相反、第三片和第四片彎振壓電陶瓷片極化方向相反、第四片和第五片彎振壓電陶瓷片極化方向相同、第五片和第六片彎振壓電陶瓷片極化方向相反；每片彎振壓電陶瓷片由對(duì)稱切分的兩個(gè)半片壓電陶瓷片組成，該兩個(gè)半片壓電陶瓷片極化方向相反，第一、二、七、八片彎振壓電陶瓷片的切分線共面，第三、四、五、六片彎振壓電陶瓷片的切分線共面，分別共面的兩種切分線相互垂直。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明采用超聲電機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)直線平臺(tái)的直接驅(qū)動(dòng)，省去了中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，使得直線平臺(tái)的機(jī)構(gòu)得到了很大程度上的簡化；超聲振子的定位精度可達(dá)納米級(jí)，可有效提高直線平臺(tái)的定位精度。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、定位精度高、性能穩(wěn)定、易于控制、可系列化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明在使用中，從振子的任意一側(cè)端蓋的方向起，第二、四、五、七個(gè)電極片與驅(qū)動(dòng)電源的公共端連接，第一、八個(gè)電極片和驅(qū)動(dòng)電源的一相驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接，第三、六個(gè)電極片與驅(qū)動(dòng)電源的另外一相驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接。所述彎振壓電陶瓷片采用幅值相等、頻率為振子二階彎振特征頻率、相位差為 +90°的兩相交流電壓信號(hào)激勵(lì)，利用彎振壓電陶瓷片的伸縮振動(dòng)在振子中激勵(lì)出兩個(gè)同型正交的二階彎曲振動(dòng)模態(tài)，兩個(gè)彎曲振動(dòng)模態(tài)疊加在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生同向的橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而通過驅(qū)動(dòng)足和動(dòng)子之間的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)直線平臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)輸出。如果調(diào)整兩相激勵(lì)信號(hào)的相位差為-90°，可以實(shí)現(xiàn)反向驅(qū)動(dòng)。


圖1為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的局部剖視圖；圖3為圖1中振子的剖視圖；圖4為圖1中振子的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖1中順序放置的八片彎振壓電陶瓷片的極化方向示意圖；圖6為圖3所示振子的第一種基本彎曲振動(dòng)模態(tài)振型示意圖；圖7為圖3所示振子的第二種基本彎曲振動(dòng)模態(tài)振型示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1至圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述使用復(fù)合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺(tái)，它包括振子1、兩個(gè)直線導(dǎo)軌2、兩個(gè)動(dòng)子3、兩個(gè)擋板 4、平臺(tái)5、基座6、兩個(gè)定位架7、預(yù)壓梁8、板簧9和預(yù)壓螺釘10，兩個(gè)直線導(dǎo)軌2平行設(shè)置于基座6的上表面，每個(gè)直線導(dǎo)軌2上均設(shè)置有一個(gè)動(dòng)子3，兩個(gè)動(dòng)子3沿運(yùn)動(dòng)方向的一側(cè)端部與一個(gè)擋板4固定連接，兩個(gè)動(dòng)子3沿運(yùn)動(dòng)方向的另一側(cè)端部與另一個(gè)擋板4固定連接，平臺(tái)5與兩個(gè)擋板4的上端面固定連接，預(yù)壓梁8通過兩個(gè)定位架7固定在基座6上，該預(yù)壓梁8高于動(dòng)子3且位于兩個(gè)動(dòng)子3的中間，所述振子1包括兩個(gè)安裝座1-5和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足1-1-1，每個(gè)定位架7的內(nèi)側(cè)表面中間加工有矩形截面槽7-1，振子1中間的兩側(cè)面對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)安裝座1-5，所述兩個(gè)安裝座1-5分別嵌入安裝在兩個(gè)定位架7的矩形截面槽7-1 內(nèi)，板簧9的兩端分別固定在兩個(gè)安裝座1-5的上端面上，旋合在預(yù)壓梁8上的預(yù)壓螺釘10 的末端壓在板簧9上表面的中間，使振子1的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足1-1-1分別與一個(gè)動(dòng)子3的上表面相接觸。所述兩個(gè)定位架7平行固定在基座6上，每個(gè)定位架7內(nèi)側(cè)均加工有矩形截面槽 7-1，振子1上的兩個(gè)安裝座1-5分別安裝在兩個(gè)定位架7內(nèi)側(cè)矩形截面槽7-1內(nèi)，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)振子1的定位，由此保證振子1只能沿豎直方向運(yùn)動(dòng)。預(yù)壓梁8與定位架7頂端固定連接，板簧9與振子1上的兩個(gè)安裝座1-5的上端面固定連接，旋合在預(yù)壓梁8上的預(yù)壓螺釘10的末端壓在板簧4的上側(cè)面并推動(dòng)振子1，使得兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足1-1-1與兩個(gè)動(dòng)子3的上表面分別接觸，并實(shí)現(xiàn)振子和動(dòng)子之間預(yù)壓力的施加。
具體實(shí)施方式
二 下面結(jié)合圖3至圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一的進(jìn)一步說明，所述振子1還包括兩個(gè)端蓋1-1、八片彎振壓電陶瓷片1-2、法蘭1-3、兩個(gè)薄壁梁1-4、兩個(gè)絕緣套1-6、八個(gè)電極片1-7和兩個(gè)摩擦片1-8，所述兩個(gè)安裝座1-5對(duì)稱設(shè)置于法蘭1-3的兩側(cè)，每個(gè)安裝座1-5均通過薄壁梁 1-4與法蘭1-3固定連接，法蘭1-3的兩個(gè)端面分別居中設(shè)置一個(gè)螺柱1-3-1，每個(gè)螺柱1-3-1上均套有四片彎振壓電陶瓷片1-2，螺柱1-3-1與四片彎振壓電陶瓷片1-2的套接面之間設(shè)置有絕緣套 1-6，在法蘭1-3的端面與彎振壓電陶瓷片1-2之間、及相鄰的彎振壓電陶瓷片1-2之間均固定有電極片1-7 ；所述端蓋1-1是截面為方形或者圓形并由首端面至末端面逐漸變細(xì)的塊體，端蓋 1-1的首端面的中心有一個(gè)帶內(nèi)螺紋的盲孔，兩個(gè)端蓋1-1分別通過其盲孔旋合于兩個(gè)螺柱1-3-1的端部，從而將彎振壓電陶瓷片1-2壓緊在端蓋1-1和相應(yīng)的法蘭1-3端面之間，每個(gè)端蓋1-1的末端面上設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)足1-1-1，驅(qū)動(dòng)足1-1-1為截面和端蓋1-1 的末端面形狀完全相同的塊體，所述截面與端蓋1-1的末端面相互平行，每個(gè)驅(qū)動(dòng)足1-1-1 的底側(cè)面上設(shè)置有矩形槽，該矩形槽內(nèi)固定摩擦片1-8，驅(qū)動(dòng)足1-1-1通過摩擦片1-8與動(dòng)子3的上表面相接觸；所述彎振壓電陶瓷片1-2均沿厚度方向極化，將兩個(gè)端蓋1-1之間的八片彎振壓電陶瓷片1-2順序排號(hào)，
第一片和第二片彎振壓電陶瓷片1-2極化方向相反、第二片和第七片彎振壓電陶瓷片1-2極化方向相同、第七片和第八片彎振壓電陶瓷片1-2極化方向相反、第三片和第四片彎振壓電陶瓷片1-2極化方向相反、第四片和第五片彎振壓電陶瓷片1-2極化方向相同、 第五片和第六片彎振壓電陶瓷片1-2極化方向相反；每片彎振壓電陶瓷片1-2由對(duì)稱切分的兩個(gè)半片壓電陶瓷片1-2-1組成，該兩個(gè)半片壓電陶瓷片1-2-1極化方向相反，第一、二、七、八片彎振壓電陶瓷片1-2的切分線共面，第三、四、五、六片彎振壓電陶瓷片1-2的切分線共面，分別共面的兩種切分線相互垂直。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一或二的進(jìn)一步說明，所述彎振壓電陶瓷片1-2的橫截面為方形或者圓形。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一、二或三的進(jìn)一步說明，所述驅(qū)動(dòng)足 1-1-1與端蓋1-1為一體件。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式為對(duì)實(shí)施方式一、二、三或四的進(jìn)一步說明，所述法蘭1-3、螺柱1-3-1、薄壁梁1-4和安裝座1-5為一體件。所述薄壁梁1-4可以實(shí)現(xiàn)彈性支撐和振動(dòng)隔離的效果，能夠?qū)⒄褡?與其它構(gòu)件的聯(lián)接對(duì)振子1的彎曲振動(dòng)模態(tài)的影響程度降到最低。
權(quán)利要求
1.一種使用復(fù)合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺(tái)，其特征在于它包括振子(1)、兩個(gè)直線導(dǎo)軌O)、兩個(gè)動(dòng)子(3)、兩個(gè)擋板、平臺(tái)(5)、基座(6)、兩個(gè)定位架(7)、預(yù)壓梁 (8)、板簧(9)和預(yù)壓螺釘(10)，兩個(gè)直線導(dǎo)軌(2)平行設(shè)置于基座(6)的上表面，每個(gè)直線導(dǎo)軌(2)上均設(shè)置有一個(gè)動(dòng)子(3)，兩個(gè)動(dòng)子C3)沿運(yùn)動(dòng)方向的一側(cè)端部與一個(gè)擋板固定連接，兩個(gè)動(dòng)子(3)沿運(yùn)動(dòng)方向的另一側(cè)端部與另一個(gè)擋板固定連接，平臺(tái)( 與兩個(gè)擋板的上端面固定連接，預(yù)壓梁(8)通過兩個(gè)定位架(7)固定在基座(6)上，該預(yù)壓梁(8)高于動(dòng)子C3)且位于兩個(gè)動(dòng)子(3)的中間，所述振子(1)包括兩個(gè)安裝座(1-5)和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足(1-1-1)，每個(gè)定位架(7)的內(nèi)側(cè)表面中間加工有矩形截面槽(7-1)，振子(1)中間的兩側(cè)面對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)安裝座(1-5)，所述兩個(gè)安裝座(1-5)分別嵌入安裝在兩個(gè)定位架(7)的矩形截面槽(7-1)內(nèi)，板簧(9)的兩端分別固定在兩個(gè)安裝座(1-5)的上端面上，旋合在預(yù)壓梁⑶ 上的預(yù)壓螺釘(10)的末端壓在板簧(9)上表面的中間，使振子(1)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足(1-1-1) 分別與一個(gè)動(dòng)子(3)的上表面相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用復(fù)合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺(tái)，其特征在于 所述振子(1)還包括兩個(gè)端蓋(1-1)、八片彎振壓電陶瓷片(1-2)、法蘭(1-3)、兩個(gè)薄壁梁 (1-4)、兩個(gè)絕緣套(1-6)、八個(gè)電極片(1-7)和兩個(gè)摩擦片(1-8)，所述兩個(gè)安裝座(1-5)對(duì)稱設(shè)置于法蘭(1-3)的兩側(cè)，每個(gè)安裝座(1-5)均通過薄壁梁(1-4)與法蘭(1-3)固定連接，法蘭(1-3)的兩個(gè)端面分別居中設(shè)置一個(gè)螺柱(1-3-1)，每個(gè)螺柱(1-3-1)上均套有四片彎振壓電陶瓷片(1-2)，螺柱(1-3-1)與四片彎振壓電陶瓷片(1-2)的套接面之間設(shè)置有絕緣套(1-6)，在法蘭(1- 的端面與彎振壓電陶瓷片(1- 之間、及相鄰的彎振壓電陶瓷片(1-2)之間均固定有電極片(1-7)；所述端蓋(1-1)是截面為方形或者圓形并由首端面至末端面逐漸變細(xì)的塊體，端蓋 (1-1)的首端面的中心有一個(gè)帶內(nèi)螺紋的盲孔，兩個(gè)端蓋(1-1)分別通過其盲孔旋合于兩個(gè)螺柱(1-3-1)的端部，從而將彎振壓電陶瓷片(1-2)壓緊在端蓋(1-1)和相應(yīng)的法蘭 (1-3)端面之間，每個(gè)端蓋(1-1)的末端面上設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)足(1-1-1)，驅(qū)動(dòng)足(1-1-1)為截面和端蓋 (1-1)的末端面形狀完全相同的塊體，所述截面與端蓋(1-1)的末端面相互平行，每個(gè)驅(qū)動(dòng)足(1-1-1)的底側(cè)面上設(shè)置有矩形槽，該矩形槽內(nèi)固定摩擦片(1-8)，驅(qū)動(dòng)足(1-1-1)通過摩擦片(1-8)與動(dòng)子(3)的上表面相接觸；所述彎振壓電陶瓷片(1- 均沿厚度方向極化，將兩個(gè)端蓋(1-1)之間的八片彎振壓電陶瓷片(1-2)順序排號(hào)，第一片和第二片彎振壓電陶瓷片(1-2)極化方向相反、第二片和第七片彎振壓電陶瓷片(1-2)極化方向相同、第七片和第八片彎振壓電陶瓷片(1-2)極化方向相反、第三片和第四片彎振壓電陶瓷片(1-2)極化方向相反、第四片和第五片彎振壓電陶瓷片(1-2)極化方向相同、第五片和第六片彎振壓電陶瓷片(1-2)極化方向相反；每片彎振壓電陶瓷片(1-2)由對(duì)稱切分的兩個(gè)半片壓電陶瓷片(1-2-1)組成，該兩個(gè)半片壓電陶瓷片(1-2-1)極化方向相反，第一、二、七、八片彎振壓電陶瓷片(1-2)的切分線共面，第三、四、五、六片彎振壓電陶瓷片(1-2)的切分線共面，分別共面的兩種切分線相互垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的使用復(fù)合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺(tái)，其特征在于所述彎振壓電陶瓷片(1-2)的橫截面為方形或者圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的使用復(fù)合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺(tái)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)足(1-1-1)與端蓋(1-1)為一體件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的使用復(fù)合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺(tái)，其特征在于所述法蘭(1-3)、螺柱(1-3-1)、薄壁梁(1-4)和安裝座(1-5)為一體件。
全文摘要
使用復(fù)合彎振雙足直線超聲振子的直線平臺(tái)，屬于壓電超聲驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有電磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直線平臺(tái)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位精度低等問題。它包括振子、兩個(gè)直線導(dǎo)軌、兩個(gè)動(dòng)子、兩個(gè)擋板、平臺(tái)、基座、兩個(gè)定位架、預(yù)壓梁、板簧和預(yù)壓螺釘，兩個(gè)直線導(dǎo)軌平行設(shè)置于基座的上表面，每個(gè)直線導(dǎo)軌上均設(shè)置有一個(gè)動(dòng)子，兩個(gè)動(dòng)子沿運(yùn)動(dòng)方向的一側(cè)端部與一個(gè)擋板固定連接，兩個(gè)動(dòng)子沿運(yùn)動(dòng)方向的另一側(cè)端部與另一個(gè)擋板固定連接，平臺(tái)與兩個(gè)擋板的上端面固定連接，預(yù)壓梁通過兩個(gè)定位架固定在基座上，該預(yù)壓梁高于動(dòng)子且位于兩個(gè)動(dòng)子的中間。本發(fā)明作為一種采用超聲振子的直線平臺(tái)。
文檔編號(hào)H02N2/04GK102324867SQ201110283990
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月22日
發(fā)明者劉軍考, 劉英想, 石勝君, 陳維山 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)