一种基于压电叠堆的高精度螺丝刀

摘要

本发明涉及一种基于压电叠堆的高精度螺丝刀，属于一种螺丝拧紧工具。它包括刀头槽、螺杆、密封圈、滑动轴承、螺杆套、压电叠堆电极、压电叠堆、推力轴承、质量块、螺丝刀壳体、复位弹簧；本发明采用压电叠堆作为驱动源，压电叠堆是精密驱动元件，压电叠堆的输出位移和输出应力受加载在压电叠堆电极上的电压控制，高精度螺丝刀采用压电叠堆作为驱动源，利用压电叠堆的逆压电效应和微米级别的高分辨率输出位移，通过改变加载在压电叠堆电极上的电压，控制压电叠堆的输出位移和应力，螺杆将具有高分辨率位移输出和高精度控制的输出应力，实现了螺丝刀刀头拧入深度的高精度控制以及提高了螺丝刀拧转力控制精度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于压电叠堆的高精度螺丝刀，属于一种螺丝拧紧工具。

背景技术

在现实生活中，螺丝刀非常常见且适用性强，螺丝刀是拧转螺丝钉以迫使其就位或离位的工具。由于其功用的特点，因此广泛的用于电子电器、微型机械、计算机、微型零布件等领域。随着科技技术的高速发展，零部件的安装精度要求越来越高，对螺丝刀刀头拧入深度的控制以及螺丝刀拧转力控制精度要求越来越高。因此如何提高螺丝刀刀头拧入深度的控制精度以及螺丝刀拧转力控制精度成为螺丝刀的重要发展方向。

目前国内外的螺丝刀种类很多，主要的螺丝刀类别有刀头角度可调的电动螺丝刀、多功能组合螺丝刀，其中刀头角度可调的电动螺丝刀，可实现在异常工作情况下工作，方便实用；多功能组合螺丝刀，可以同时具有多种不同的螺丝刀刀头结构，更加满足人们日常的需要，结构简单，使用方便。上述螺丝刀主要是从可操作度和多功能刀头的方面进行设计，并不能提高螺丝刀刀头拧入深度的控制精度以及螺丝刀拧转力控制精度。

经对现有技术文献的检索发现，来自苏州英得福机电科技有限公司所撰写的《多功能组合螺丝刀》专利提到的多功能组合螺丝刀，可以同时具有多种不同的螺丝刀结构，丰富了螺丝刀的功能，结构简单，使用方便，但该发明只是增加了不同类型的刀头，并没有提高螺丝刀刀头拧入深度的控制精度以及螺丝刀拧转力控制精度。重庆市江津区前进焊接材料厂撰写的《一种刀头角度可调的电动螺丝刀的传动装置》专利提到了电动螺丝刀的刀头角度可调，使电动螺丝刀可以在异常工作情况下工作，方便实用，但该发明仅仅改变了传动装置结构，并没有从本质上提高螺丝刀刀头拧入深度的控制精度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于压电叠堆的高精度螺丝刀，压电叠堆是精密驱动元件，压电叠堆的输出位移和输出应力受加载在压电叠堆上的电压控制，高精度螺丝刀采用压电叠堆作为驱动源，利用压电叠堆的逆压电效应和微米级别的高分辨率输出位移，通过改变加载在压电叠堆上的电压，控制压电叠堆的输出位移和应力，螺杆将具有高分辨率位移输出和高精度控制的输出应力，实现了螺丝刀刀头拧入深度的高精度控制以及提高了螺丝刀拧转力控制精度。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于压电叠堆的高精度螺丝刀，它包括刀头槽、螺杆、密封圈、滑动轴承、螺杆套、压电叠堆电极、压电叠堆、推力轴承、质量块、螺丝刀壳体、复位弹簧；

所述螺杆位于螺杆套内；所述螺杆与螺杆套进行配合用于实现螺杆的螺旋运动，同时螺杆与推力轴承相接处用于传递位移；

螺杆的一端与推力轴承相接触，螺杆的另一端设置有刀头槽，各自中心线在同一轴线上；

密封圈的外圈与螺杆套相配合密封，密封圈的内圈与螺杆相配合密封；

滑动轴承的外圈与螺杆套相配合接触，滑动轴承的内圈与螺杆配合并滑动轴承其侧面紧贴密封圈；

所述密封圈的外圈与螺杆套配合，密封圈的内圈与螺杆进行配合使得螺杆套内布的润滑油不泄漏；

所述滑动轴承的外圈与螺杆套配合，滑动轴承的内圈与螺杆配合并其侧面紧贴密封圈，使得螺杆在做螺旋运动时摩擦阻力大大减小，运动顺畅；

压电叠堆的两端分别固定在螺丝刀壳体上和质量块上，压电叠堆上设置有压电叠堆电极；作为整个螺丝刀的动力源；

两推力轴承分别固定在质量块两端面的中心处，推力轴承的另一端面与螺杆端面接触；用于传递位移；

质量块的两端面分别与压电叠堆、复位弹簧接触；

复位弹簧的两端分别固定在螺丝刀壳体上和质量块端面上；使质量块在压电叠堆撤去加载电压时恢复到初始位置；

进一步的，所述刀头槽为正方体槽或菱形槽。用于不同类型刀头的嵌入，实现不同类型的螺钉就位和离位的功能；

进一步的，螺杆套用螺钉固定在螺丝刀壳体，并分别与密封圈、滑动轴承、螺杆进行配合连接，并且密封圈、滑动轴承、螺杆、螺杆套、螺丝刀壳体的中心线在同一直线上。

本发明的工作原理是：当给两个压电叠堆电极加载一定的电压时，根据压电叠堆的逆压电效应，两压电叠堆同时输出位移和应力，压电叠堆推动质量块向右移动，通过推力轴承（右边）推动右边的螺杆向右移动，螺杆在螺杆套的配合作用下，右边的螺杆不仅向右移动，同时形成旋转运动，当在右边的刀头槽装上不同类型的刀头后，右边的螺杆就具有将螺丝钉就位的功能，通过改变加载在压电叠堆电极上的电压，使压电叠堆输出不同的位移和应力，实现螺丝刀刀头拧入深度的高精度控制以及提高了螺丝刀拧转力控制精度；与此同时，左边的螺杆向右移动，螺杆在螺杆套的配合作用下，左边的螺杆不仅向右移动，同时形成旋转运动，当左边的刀口槽装上不同类型的刀头后，左边的螺杆就具有将螺丝钉离位的功能。撤去加载在压电叠堆的电压，在复位弹簧的复位弹簧力作用下，质量块回到初始位置。

本发明的有益效果：

本发明采用压电叠堆作为驱动源，压电叠堆是精密驱动元件，压电叠堆的输出位移和输出应力受加载在压电叠堆电极上的电压控制，高精度螺丝刀采用压电叠堆作为驱动源，利用压电叠堆的逆压电效应和微米级别的高分辨率输出位移，通过改变加载在压电叠堆电极上的电压，控制压电叠堆的输出位移和应力，螺杆将具有高分辨率位移输出和高精度控制的输出应力，实现了螺丝刀刀头拧入深度的高精度控制以及提高了螺丝刀拧转力控制精度。

附图说明

图1为本发明的整体结构中心轴截面图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加的清晰明白，下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

所述高精度螺丝刀包括包括11个主要布件组成：刀头槽1、螺杆2、密封圈3、滑动轴承4、螺杆套5、压电叠堆电极6、压电叠堆7、推力轴承8、质量块9、螺丝刀壳体10、复位弹簧11。

所述刀头槽1为正方体槽，用于不同类型刀头的嵌入，实现不同类型的螺钉就位和离位的功能。

螺杆2与螺杆套5进行配合用于实现螺杆的螺旋运动，同时螺杆2与推力轴承8相接触，各自中心线在同一轴线上，用于传递位移。

密封圈3的外圈与螺杆套5配合，密封圈3的内圈与螺杆2进行配合使得螺杆套5内布的润滑油不泄漏。

滑动轴承4的外圈与螺杆套5配合，滑动轴承4的内圈与螺杆2配合并其侧面紧贴密封圈，使得螺杆2在做螺旋运动时摩擦阻力大大减小，运动顺畅。

螺杆套5用螺钉固定在螺丝刀壳体10，并分别与密封圈3、滑动轴承4、螺杆2进行配合，并且各布件的中心线在同一直线上。

压电叠堆7的两端分别固定在螺丝刀壳体10上和质量块9上，作为整个螺丝刀的动力源。

两推力轴承8分别固定在质量块9两端面的中心处，推力轴承8的另一端面与螺杆2端面接触，用于传递位移。

质量块9的两端面分别与压电叠堆7、复位弹簧11接触。

螺丝刀壳体10是整个高精度螺丝刀的主体，两个螺杆套5分别用螺钉固定在其两端面。

复位弹簧11的两端分别固定在螺丝刀壳体上10和质量块9端面上，使质量块9在压电叠堆7撤去加载电压时恢复到初始位置。

本发明的工作原理是：当给两个压电叠堆电极6加载一定的电压时，根据压电叠堆7的逆压电效应，两压电叠堆7同时输出位移和应力，压电叠堆7推动质量块9向右移动，通过右边的推力轴承8推动右边的螺杆2向右移动，螺杆2在螺杆套5的配合作用下，右边的螺杆2不仅向右移动，同时形成旋转运动，当在右边的刀头槽1装上不同类型的刀头后，右边的螺杆2就具有将螺丝钉就位的功能，通过改变加载在压电叠堆电极6上的电压，使压电叠堆7输出不同的位移和应力，实现螺丝刀刀头拧入深度的高精度控制以及提高了螺丝刀拧转力控制精度；与此同时，左边的螺杆2向右移动，螺杆2在螺杆套5的配合作用下，左边的螺杆2不仅向右移动，同时形成旋转运动，当左边的刀口槽1装上不同类型的刀头后，左边的螺杆2就具有将螺丝钉离位的功能。撤去加载在压电叠堆电极6的电压，在复位弹簧11的复位弹簧力作用下，质量块9回到初始位置。

该发明可以通过实验的方式定义出不同的电压对应压电叠堆的不同输出位移，实现了螺丝刀刀头拧入深度的高精度控制。

如表1所示，实验中压电叠堆加载电压与输出位移的关系。

压电叠堆加载电压与输出位移的关系

电压（V）10305070位移（10^-6m） 0.83 2.48 4.13 5.78