基于压电叠堆的微位移驱动器

摘要

本发明涉及基于压电叠堆的微位移驱动器，属于精密机械与微纳米级精密定位技术领域。基于压电叠堆的微位移驱动器，包括压电叠堆驱动器，它还包括位移传送杆，位移传送杆穿过端盖的轴向通孔，位移传送杆呈阶梯圆柱状，位移传送杆的阶梯面与端盖的上表面接触，弹簧套在位移传送杆上且置于端盖与锁紧螺母之间并处于压缩状态，端盖与套筒活动连接，压电叠堆驱动器的下端面置于套筒内底部的凹槽中，压电叠堆驱动器的上端面与位移传送杆的下端面接触，压电叠堆驱动器的电源线从引线孔引出。此微位移驱动器整体结构简单，可重复利用性强，适用于高精度纳米驱动、高频谐振驱动和高精密定位系统中。

说明书

技术领域

本发明涉及基于压电叠堆的微位移驱动器，属于精密机械与微纳米级精密定位技术领域。

背景技术

压电叠堆驱动器用于精密仪器或设备中实现纳米级位移驱动，力驱动，谐振驱动等。在应用压电叠堆驱动器时，为了避免在使用过程中动态载荷对压电叠堆驱动器的损坏，需要对压电叠堆驱动器施加预紧力，并且保证压电叠堆驱动器能够带动其位移输出端自由伸长与收缩；另外，为了方便安装，一般要求压电叠堆驱动器能够固定在基座上，并且其输出位移端能够与被驱动件衔接固定。

目前，常见的压电叠堆驱动器是未封装的，即裸压电叠堆驱动器，这种驱动器没有预紧力，并且其固定方式通常为粘贴固定，与被驱动件的装配不灵活；也有带封装的压电叠堆驱动器，如PI公司的一端带有安装螺纹的压电叠堆驱动器。但是市场上封装的压电叠堆驱动器的价位通常是同等规格的裸压电叠堆驱动器的价位二倍多甚至更多。所以设计结构新颖与成本低廉的带封装的压电叠堆驱动器是非常必要的。

经过对现有技术文献检索发现，中国专利授权号 CN 102709463 B，2014.3.12，名称为“压电陶瓷封装装置的制作方法”的专利，提出了一种压电陶瓷封装装置，其采用碟片与预紧螺母对压电叠堆施加预紧力，封装用的外壳体保护压电陶瓷免受损坏，结构简单，然而不足之处是未考虑防灰尘密封。中国专利公布号 CN 103414371 A，名称为“一种基于压电叠堆的激振器”的专利，其主要特征是在封装结构的顶盖与振动杆之间设置蝶形弹簧，并配合顶盖与套筒之间的预紧螺钉对压电陶瓷施加预紧力，此发明结构简单，输出频率大，不足之处是推杆与压电陶瓷之间存在摩擦力。程伶俐等人提出一种压电陶瓷驱动器弹性套筒（程伶俐，余晓芬等，压电陶瓷驱动器弹性套筒的研究，中国机械工程，2010，21（10）：1139-1142），其主要特征是在圆柱体套筒进行局部切割形成弹性套筒，此封装结构简单，但是长期使用进入套筒内的灰尘不易清除。

发明内容

本发明要解决的技术问题是驱动器与被驱动件的装配不灵活，以及封装装置内灰尘不易清除或者未设置防灰尘密封装置，为解决上述问题，提供一种基于压电叠堆的微位移驱动器。

本发明的目的是以下述方式实现的：

基于压电叠堆的微位移驱动器，包括压电叠堆驱动器，它还包括位移传送杆，位移传送杆穿过端盖的轴向通孔，位移传送杆呈阶梯圆柱状，位移传送杆的阶梯面与端盖的上表面接触，弹簧套在位移传送杆上且置于端盖与锁紧螺母之间并处于压缩状态，端盖与套筒活动连接，压电叠堆驱动器的下端面置于套筒内底部的凹槽中，压电叠堆驱动器的上端面与位移传送杆的下端面接触，压电叠堆驱动器的电源线从引线孔引出。

所述的位移传送杆小直径端部具有外螺纹，大直径端部具有外螺纹、内螺纹或光滑端面特征，所述的大直径端部位于套筒外部，用于连接被驱动件。

所述的套筒上部横截面呈圆环状，套筒的上端面沿周向均布四个螺纹孔或套筒的上部有内螺纹；套筒的底部设有凹槽，凹槽的形状与压电叠堆驱动器的横截面形状相配合；当套筒的上端面有四个螺纹孔时，凹槽的下方有一螺纹通孔，预紧螺母安装在螺纹通孔内，预紧螺母的上端面与压电叠堆驱动器的下端面接触，套筒的外侧下端沿径向伸长出一凸台，其上沿周向均布四个紧固通孔；当套筒的上部有内螺纹时，凹槽槽孔下方为实体，套筒的下端面上沿周向均布四个螺纹孔。

所述的端盖外形为圆形，其中心有轴向通孔，位移传送杆与其间隙配合，所述的活动连接是指端盖通过四个紧固螺钉固定在套筒上，或者端盖下边伸出具有外螺纹的圆环柱与套筒螺纹连接。

所述的弹簧为两端并紧磨平式圆柱螺旋压缩弹簧或者单片蝶形弹簧或者多片对合蝶形弹簧。

所述的引线孔设置在套筒的侧壁上。

相对于现有技术，本发明是基于压电叠堆的微位移驱动器，对其内部的压电叠堆驱动器施加了一定的预紧力，并且此预紧力可以通过内置的弹簧调节与估测，有效防止了此微位移驱动器在使用中非轴向力载荷引起的损坏；阶梯圆柱状的位移传送杆具有防灰尘密封作用；另外，此微位移驱动器提供了方便的与底座、被驱动件之间的连接固定方式；此微位移驱动器整体结构简单，可重复利用性强，适用于高精度纳米驱动、高频谐振驱动和高精密定位系统中。

附图说明

    图1是安装有预紧螺母的本发明结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是没有预紧螺母的本发明结构示意图。

图4是位移传送杆主视图。

图5是凹槽为圆形的套筒俯视图。

图6是凹槽为方形的套筒俯视图。

其中，1是位移传送杆；2是端盖；3是紧固螺钉；4是弹簧；5是锁紧螺母；6是压电叠堆驱动器；7是套筒；8是引线孔；9是预紧螺母；10是紧固通孔；11是螺纹孔。

具体实施方式

结合图1-图6详细说明本发明的具体实施，本发明基于压电叠堆的微位移驱动器，包括压电叠堆驱动器6，它还包括位移传送杆1，位移传送杆1穿过端盖2的轴向通孔，位移传送杆1呈阶梯圆柱状，位移传送杆1的阶梯面与端盖2的上表面接触，弹簧4套在位移传送杆1上且置于端盖2与锁紧螺母5之间并处于压缩状态，端盖2与套筒7活动连接，压电叠堆驱动器6的下端面置于套筒7内底部的凹槽中，压电叠堆驱动器6的上端面与位移传送杆1的下端面接触，压电叠堆驱动器6的电源线从引线孔8引出。所述的位移传送杆1小直径端部具有外螺纹，大直径端部具有外螺纹、内螺纹或光滑端面特征，所述的大直径端部位于套筒外部，用于连接被驱动件。所述的套筒7上部横截面呈圆环状，套筒7的上端面沿周向均布四个螺纹孔或套筒7的上部有内螺纹；套筒7的底部设有凹槽，凹槽的形状与压电叠堆驱动器6的横截面形状相配合，如圆形（如图5所示）、正方形（如图6所示）；当套筒7的上端面有四个螺纹孔时，凹槽的下方有一螺纹通孔，预紧螺母9安装在螺纹通孔内，预紧螺母9的上端面与压电叠堆驱动器6的下端面接触，套筒7的外侧下端沿径向伸长出一凸台，其上沿周向均布四个紧固通孔10（如图1所示）；当套筒7的上部有内螺纹时，凹槽槽孔下方为实体，套筒的下端面上沿周向均布四个螺纹孔11（如图3所示）。所述的端盖2外形为圆形，其中心有轴向通孔，位移传送杆1与其间隙配合，所述的活动连接是指端盖2通过四个紧固螺钉3固定在套筒7上，或者端盖2下边伸出具有外螺纹的圆环柱与套筒7螺纹连接。所述的弹簧4为两端并紧磨平式圆柱螺旋压缩弹簧或者单片蝶形弹簧或者多片对合蝶形弹簧；所述的引线孔8设置在套筒7的侧壁上。

实施例1：  

首先，将位移传送杆1穿过端盖2上的轴向通孔，使位移传送杆1的大直径端面与端盖2上表面相互贴紧，弹簧4套在位移传送杆1上，位移传送杆1的小直径外螺纹上安装锁紧螺母5，将锁紧螺母5旋进一定程度，使置于端盖2与锁紧螺母5之间的弹簧4处于压缩状态，且弹簧4上承受的压力大致为压电叠堆驱动器6上需要的预紧力；之后，将压电叠堆驱动器6安装于套筒7内部，使圆柱形（或方柱形）压电叠堆驱动器6的下端置于圆形凹槽（或方形凹槽）中，并将压电叠堆驱动器6上的电源线从套筒7侧壁的引线孔8引出；之后，将安装好位移传动杆1、弹簧4与锁紧螺母5的端盖2与套筒7通过四个均布的紧固螺钉3连接，并使压电叠堆驱动器6的上端面与位移传送杆1的下端面接触，或留有微小的间隙，此时仍旧保证位移传送杆1的大直径端面与端盖2上表面相互贴紧；最后，将预紧螺母9安装于套筒7底部的螺纹孔，使预紧螺母9的上端面紧贴压电叠堆驱动器6的下端面，并继续旋动预紧螺母9使位移传送杆1的大直径端面脱离端盖2上表面，二者相对位移小于20um，防止灰尘通过端盖2进入套筒7内部。

实施例2：

与实施例1不同的是，在此实施例中不需要使用预紧螺母9，使用的套筒7下端没有预紧螺纹孔；将安装好位移传送杆1、弹簧4与锁紧螺母5的端盖2，通过端盖2上的外螺纹与套筒7上部的内螺纹连接，旋动端盖2，使位移传送杆1的下端面与压电叠堆驱动器6的上端面接触，继续旋动端盖2，使位移传送杆1的大直径端面脱离端盖2上表面，二者相对位移小于20um，防止灰尘通过端盖2进入套筒7内部。

在应用基于压电叠堆的微位移驱动器时，通过套筒7的下端面上的四个螺纹孔11或套筒7的外侧下端伸出凸台上的四个紧固通孔10，将该微位移驱动器固定在实验用的底座上；通过套筒7外侧的位移传送杆1的大直径端的外螺纹或内螺纹将该微位移驱动器连接到相应的被驱动件上，或通过套筒外侧的位移传送杆1的大直径端的光滑端面直接推动被驱动件。