一种基于表面倾斜摩擦调控的粘滑惯性直线驱动器

摘要

一种基于表面倾斜摩擦调控的粘滑惯性直线驱动器，它涉及一种驱动器，它包括柔性铰链放大机构、压电叠堆执行器一、导轨、底座和动子；柔性铰链放大机构固定在底座上，压电叠堆执行器一安装在柔性铰链放大机构内，压电叠堆执行器一通过螺纹连接在柔性铰链放大机构上的预紧连接件一施加预紧力，所述导轨为两端封闭的中空结构；导轨的内部加工有一个三角放大机构，该三角放大机构内安装有能调节导轨倾角的压电叠堆执行器二，所述导轨上布置有动子，动子的表面上固接有与所述导轨接触的具有自润滑特性的摩擦材料层。本发明输出力和位移大、结构紧凑、运行稳定且双向均可带载运行，具有广阔的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种驱动器，具体涉及一种基于表面微结构摩擦调控的粘滑惯性直线驱动器，属于压电驱动技术领域。

背景技术

压电粘滑(摩擦式)惯性驱动器是通过压电陶瓷的缓慢伸长-迅速缩短或双压电晶片的缓慢弯曲-迅速伸直驱动运动，具有噪声小、磨损轻微、能耗低、驱动简便、驱动行程大、控制系统简单等优势。因此，压电粘滑惯性驱动器在精密驱动领域有非常广阔的应用前景。

申请号为201810081813.6的双定子固定式压电惯性驱动器及其驱动方法，采用采用斜拉式运动转换梁结构，综合调控斜拉式定子组件与动子组件间的摩擦力，降低位移回带率，实现对压电粘滑水平式驱动装置整个驱动过程的摩擦力的综合调控。

综上，现有压电惯性驱动器结构复杂，输出位移和输出力也比较小，驱动器的位移波动比较大，不能满足日新月异的精密驱动领域。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种驱动力大，回程位移小和运行稳定性高的基于表面倾斜摩擦调控的粘滑惯性直线驱动器。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

一种基于表面倾斜摩擦调控的粘滑惯性直线驱动器，它包括柔性铰链放大机构、压电叠堆执行器一、导轨、底座和动子；

柔性铰链放大机构固定在底座上，压电叠堆执行器一安装在柔性铰链放大机构内，压电叠堆执行器一通过螺纹连接在柔性铰链放大机构上的预紧连接件一施加预紧力，所述导轨为两端封闭的中空结构，导轨的一端与柔性铰链放大机构连接，另一端布置在底座上并能滑动；导轨的内部加工有一个三角放大机构，该三角放大机构内安装有能调节导轨倾角的压电叠堆执行器二，压电叠堆执行器二通过螺纹连接在导轨一端的预紧连接件二施加预紧力，所述导轨上布置有动子，动子的表面上固接有与所述导轨接触的具有自润滑特性的摩擦材料层。

进一步地，所述柔性铰链放大机构为直圆柔性铰链三角放大机构。

进一步地，所述动子包括上预紧螺栓、端盖、上压板、下预紧螺栓和下压板，端盖穿设在导轨上并与导轨之间有上下两个容纳腔，所述上压板和下压板分别放置在上容纳腔和下容纳腔内，所述上压板和所述下压板分别与所述导轨接触的一面固接有具有自润滑特性的摩擦材料层；所述上压板和所述下压板分别通过旋钮在端盖上的上预紧螺栓和下预紧螺栓压紧在导轨上，且上压板、下压板、上预紧螺栓及下预紧螺栓均加工有V型槽，槽中放置有圆珠。

本发明相比现有技术的有益效果是：

本发明利用一对直圆柔性铰链三角放大机构对压电叠堆执行器的输出位移进行放大，有效增加驱动器的输出位移，导轨采用中空可倾斜设计，内部加工有一个三角放大机构，并安装有压电叠堆执行器，可调节导轨的上下轨面的倾斜度，通过调节导轨的上下轨面的倾角来调控摩擦力的大小。动子正向运动时，压电叠堆不加电压，导轨的上下轨面向内倾斜，由于倾斜效应，正向摩擦力大，反向摩擦力小，动子反向运动时，压电叠堆施加电压，导轨向外部倾斜，正向摩擦力小，反向摩擦力大，这种倾斜的有益效果是增加驱动器的输出力和速度，减小回程位移，最大输出力大于400g，速度大于1.5mm/s,回程位移减小50％，增加驱动器的运行稳定性。本发明输出力和驱动速度快、结构紧凑、运行稳定且双向均可带载运行，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为动子的结构示意图；

图3为导轨向内部三角放大机构倾斜时的动子摩擦调控示意图；

图4为导轨反向倾斜时的动子摩擦调控示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

参见图1-图2所示，本实施方式的一种基于表面倾斜摩擦调控的粘滑惯性直线驱动器，它包括柔性铰链放大机构2、压电叠堆执行器一3、导轨4、底座7和动子8；

柔性铰链放大机构2固定在底座7上，压电叠堆执行器一3安装在柔性铰链放大机构2内，压电叠堆执行器一3通过螺纹连接在柔性铰链放大机构2上的预紧连接件一1施加预紧力，所述导轨4为两端封闭的中空结构，导轨4的一端与柔性铰链放大机构2连接，另一端布置在底座7上并能滑动；导轨4的内部加工有一个三角放大机构，该三角放大机构内安装有能调节导轨4倾角的压电叠堆执行器二11，压电叠堆执行器二11通过螺纹连接在导轨4一端的预紧连接件二10施加预紧力，所述导轨4上布置有动子8，动子8的表面上固接有与所述导轨4接触的具有自润滑特性的摩擦材料层85。所述导轨4的另一端通过布置在底座7上的支撑滚珠9支撑，支撑滚珠9为密集分布的多个。

本实施方式的导轨4的一端与柔性铰链放大机构2连接方式采用紧固螺栓6连接，柔性铰链放大机构2通过螺钉5固定在底座7上。如此设置，拆装方便，使用便捷。预紧连接件一1和预紧连接件二10均采用螺栓，螺栓旋钮在柔性铰链放大机构2和导轨4内的三角放大机构上分别对压电叠堆执行器一3和压电叠堆执行器二11施加预压力。所述摩擦材料包括以质量百分比计的如下组分：

聚合物基体：45％-80％；

摩擦调节剂：10％-30％；

增强剂：1％-30％；

所述的聚合物基体为聚四氟乙烯、聚苯酯、聚酰亚胺和双马来酰胺中的一种或几种的组合；

所述的摩擦调节剂为铜粉、镍粉、氧化铜、二硫化钼、石墨、纳米金刚石粉和稀土粉中的一种或几种的组合；

所述增强剂为碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维的一种或几种的组合。

此种摩擦材料适合直线驱动器摩擦调控使用，用以改善导轨4与动子8的接触并降低磨损。增强剂可以起到增强聚合物复合材料的作用，有效提高材料的弹性模量和耐磨性；能够很好地提高驱动器的输出位移和输出力。通常，摩擦材料层的厚度为0.2mm-1.0mm。厚度过薄不利于单向摩擦力调控，且降低驱动器使用寿命；厚度过厚，不利于动子8的直线驱动和位移调控，不利于增加单向驱动力。内部加工有一个三角放大机构，安装有压电叠堆执行器二11用以调整导轨4的倾角，导轨4上还加工有四组柔性铰链，可以使导轨4产生微倾角，所述的压电叠堆执行器二11通过螺栓进行预紧，压电陶瓷预紧后，导轨初始状态向内侧倾斜。

上述实施方式中，压电陶瓷具有分辨率高、出力大、响应迅速、驱动方式简单等特点，但是压电陶瓷的缺点是行程短，通常只能输出微米级的位移，不能覆盖较大的调节范围，为此，必须要使用位移放大机构。柔性铰链为一种新型的传动、支撑结构，具有常规运动副无可比拟的运动平稳，零迟滞，高精度，无装配误差等优点，作为一种改进的方案，柔性铰链放大机构2采用直圆柔性铰链三角放大机构，配合倾斜导轨，能很好地实现摩擦调控，实现粘滑惯性直线驱动器的大输出力和大速度的输出。参见图1所示，导轨4上的柔性铰链为双直圆柔性铰链，实现了输出力和位移的放大和传递。

参见图2所示，所述动子8包括上预紧螺栓81、端盖82、上压板84、下预紧螺栓87和下压板89，端盖82穿设在导轨4上并与导轨4之间有上下两个容纳腔，所述上压板84和下压板89分别放置在上容纳腔和下容纳腔内，所述上压板84和所述下压板89分别与所述导轨4接触的一面固接有具有自润滑特性的摩擦材料层85；所述上压板84和所述下压板89分别通过旋钮在端盖82上的上预紧螺栓81和下预紧螺栓87压紧在导轨4上，且上压板84、下压板89、上预紧螺栓81及下预紧螺栓87均加工有V型槽，该槽中放置有圆珠83，V型槽及其内设置圆珠83的作用是，使动子8能适应导轨4的倾斜，保证两者良好的接触，圆珠83为刚性滚珠。上容纳腔和下容纳腔有利于容纳摩擦材料，也为摩擦材料提供更换空间。为了便于组装使用，端盖82设计成可拆装结构，端盖82包括结构相同的两个带有凹腔的上下端盖组成，上端盖和下端盖通过连接螺栓86连接在一起并穿设在导轨4上，所述上压板84和下压板89分别放置在对应的凹腔内。可拆卸设计的端盖72结构有利于方便拆装。摩擦材料层85粘接在上压板84和下压板89的表面上。

表面倾斜调节摩擦原理

参见图3所示，当动子8正向驱动时，导轨4向内侧倾斜，导轨4慢速向前进方向运动时对动子8的摩擦力大，驱动动子8运动，回程时，导轨4对动子8的摩擦力小，可以降低回程位移。

参见图4所示，当动子8反向驱动时，导轨4向外侧倾斜，导轨4慢速反向运动时对动子8的摩擦力大，驱动动子8向反向运动，回程时，导轨4对动子8的摩擦力小，降低回程位移，增加动子在一个周期内的位移。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。