本發(fā)明涉及大扭力矩單向直驅(qū)電機行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及多層疊壓電陶瓷大扭力矩單向直驅(qū)電機。

背景技術(shù)：

目前，現(xiàn)有的伺服或步進(jìn)電機普遍只能提供大扭矩低速的驅(qū)動或者高速小扭矩的驅(qū)動。在一定功率的情況下，電機若要驅(qū)動較大的負(fù)載，必須要通過減速機構(gòu)進(jìn)行減速，而一般電機的減速機構(gòu)的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，傳動效率較低，對于傳動終端需要大扭矩且高速傳動的場合，此類電機已經(jīng)滿足不了要求。而且一般情況下，現(xiàn)有的步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)角步距是固定的，傳動進(jìn)給的精度不可調(diào)，缺少了靈活性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理、使用方便的多層疊壓電陶瓷大扭力矩單向直驅(qū)電機。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明所述的多層疊壓電陶瓷大扭力矩單向直驅(qū)電機，包括固定板、傳送帶、推桿組件和牙輪組件，所述牙輪組件包括有牙輪、牙輪軸、小單向軸承、固定軸和限位墊片，所述固定軸和限位墊片均通過螺絲固定在固定板的表面上，限位墊片設(shè)置在固定軸一端和固定板的表面之間；所述固定軸的軸身嵌套在小單向軸承的內(nèi)圈上；所述小單向軸承的外圈緊固嵌套在牙輪軸的內(nèi)孔上；所述牙輪軸一端的凸臺后端面通過螺絲與牙輪相固定連接，所述牙輪設(shè)置在固定板的表面和凸臺后端面之間；

所述推桿組件包括有推桿、大單向軸承、軸承內(nèi)圈端蓋和軸承外圈端蓋，大單向軸承外圈上的鍵槽通過第一平鍵與推桿內(nèi)孔壁上的鍵槽相連接；

大單向軸承內(nèi)圈上的鍵槽通過第二平鍵與牙輪軸外壁的鍵槽相連接；所述軸承外圈端蓋通過螺絲固定在推桿一端的前端面上；所述軸承內(nèi)圈端蓋通過螺絲固定在牙輪軸另一端的前端面上；

所述固定板的表面上設(shè)置有壓電陶瓷電機組件、阻力控制組件和傳感器組件，傳感器組件位于推桿一端的正下方，所述傳感器組件一端與牙輪的外圓周線相交；所述壓電陶瓷電機組件的頂端通過振動頭與推桿另一端相固定連接；所述牙輪的齒牙與傳送帶相嚙接，所述阻力控制組件一端緊抵壓著牙輪的端面。

進(jìn)一步地，它還包括有墊塊，所述壓電陶瓷電機組件包括有電機安裝架、壓電陶瓷電機、上頂緊螺絲頭、下頂緊螺絲頭和鎖緊螺母，所述電機安裝架一端通過墊塊設(shè)置在固定板的表面上，上頂緊螺絲頭和下頂緊螺絲頭分別與電機安裝架內(nèi)框的上下螺孔相螺紋連接，所述壓電陶瓷電機是由多層壓電陶瓷疊加制成；

所述壓電陶瓷電機的兩端分別通過上頂緊螺絲頭、下頂緊螺絲頭和鎖緊螺母鎖緊在電機安裝架的內(nèi)框中，所述壓電陶瓷電機的頂端與振動頭相連接。

進(jìn)一步地，所述阻力控制組件包括有扭簧旋轉(zhuǎn)軸、安裝座、扭簧和摩擦片，所述安裝座和扭簧旋轉(zhuǎn)軸均固定在固定板的表面上，所述扭簧的彈簧圏段套設(shè)在扭簧旋轉(zhuǎn)軸上，所述扭簧一端扭條固定設(shè)置在安裝座上，所述扭簧另一端扭條與摩擦片一端相固定連接，摩擦片另一端緊抵壓著牙輪的端面。

進(jìn)一步地，所述傳感器組件包括有傳感器和定位板，所述定位板一端固定在固定板的表面上，所述定位板另一端固定著傳感器。

采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明有益效果為：

1、本裝置利用了壓電陶瓷電機的振動幅度微小，振動頻率以及振幅連續(xù)性可調(diào)的特點，實現(xiàn)了速度可調(diào)可控的微步距的高速傳動。

2、本發(fā)明的多層疊的壓電陶瓷電機具有較大的扭力矩，實現(xiàn)了高速大扭力的直接驅(qū)動。

3、本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)置合理，制作成本低等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的局部剖視圖；

圖3是圖2中a部位放大圖；

圖4是本發(fā)明的第一視角立體圖；

圖5是本發(fā)明的第一視角立體透視圖；

附圖標(biāo)記說明：

1、固定板；2、壓電陶瓷電機組件；2-1、電機安裝架；

2-2、壓電陶瓷電機；2-3、上頂緊螺絲頭；2-4、下頂緊螺絲頭；

2-5、鎖緊螺母；

31、扭簧旋轉(zhuǎn)軸；32、安裝座；33、扭簧；34、摩擦片；4、墊塊；

5、振動頭；

61、推桿；62、大單向軸承；63、軸承內(nèi)圈端蓋；64、軸承外圈端蓋；

71、牙輪；72、牙輪軸；73、小單向軸承；74、固定軸；

8、傳送帶；9、傳感器組件；101、第一平鍵；102、第二平鍵；

111、限位墊片；

a、傳送帶的進(jìn)給步距；b、壓電陶瓷電機的振動幅度；

d、牙輪公稱直徑；l、振動的作用力臂。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1至圖5所示，本發(fā)明所述的多層疊壓電陶瓷大扭力矩單向直驅(qū)電機，包括固定板1、傳送帶8、推桿組件和牙輪組件，所述牙輪組件包括有牙輪71、牙輪軸72、小單向軸承73、固定軸74和限位墊片111，所述固定軸74和限位墊片111均通過螺絲固定在固定板1的表面上，限位墊片111設(shè)置在固定軸74一端和固定板1的表面之間；所述固定軸74的軸身嵌套在小單向軸承73的內(nèi)圈上；所述小單向軸承73的外圈緊固嵌套在牙輪軸72的內(nèi)孔上；所述牙輪軸72一端的凸臺后端面通過螺絲與牙輪71相固定連接，所述牙輪71設(shè)置在固定板1的表面和凸臺后端面之間。

所述推桿組件包括有推桿61、大單向軸承62、軸承內(nèi)圈端蓋63和軸承外圈端蓋64，大單向軸承62外圈上的鍵槽通過第一平鍵101與推桿61內(nèi)孔壁上的鍵槽相連接，第一平鍵101與鍵槽為過盈裝配方式。

大單向軸承62內(nèi)圈上的鍵槽通過第二平鍵102與牙輪軸72外壁的鍵槽相連接；第二平鍵102與鍵槽為過盈裝配方式。

所述軸承外圈端蓋64通過螺絲固定在推桿61一端的前端面上；所述軸承內(nèi)圈端蓋63通過螺絲固定在牙輪軸72另一端的前端面上。

所述固定板1的表面上設(shè)置有壓電陶瓷電機組件2、阻力控制組件和傳感器組件9，傳感器組件9位于推桿61一端的正下方，所述傳感器組件9一端與牙輪71的外圓周線相交；所述壓電陶瓷電機組件2的頂端通過振動頭5與推桿61另一端相固定連接；所述牙輪71的齒牙與傳送帶8相嚙接，所述阻力控制組件一端緊抵壓著牙輪71的端面。

進(jìn)一步地，它還包括有墊塊4，所述壓電陶瓷電機組件2包括有電機安裝架2-1、壓電陶瓷電機2-2、上頂緊螺絲頭2-3、下頂緊螺絲頭2-4和鎖緊螺母2-5，所述電機安裝架2-1一端通過墊塊4設(shè)置在固定板1的表面上，上頂緊螺絲頭2-3和下頂緊螺絲頭2-4分別與電機安裝架2-1內(nèi)框的上下螺孔相螺紋連接，所述壓電陶瓷電機2-2是由多層壓電陶瓷疊加制成；

所述壓電陶瓷電機2-2的兩端分別通過上頂緊螺絲頭2-3、下頂緊螺絲頭2-4和鎖緊螺母2-5鎖緊在電機安裝架2-1的內(nèi)框中，所述壓電陶瓷電機2-2的頂端與振動頭5相連接。

進(jìn)一步地，所述阻力控制組件包括有扭簧旋轉(zhuǎn)軸31、安裝座32、扭簧33和摩擦片34，所述安裝座32和扭簧旋轉(zhuǎn)軸31均固定在固定板1的表面上，所述扭簧33的彈簧圏段套設(shè)在扭簧旋轉(zhuǎn)軸31上，所述扭簧33一端扭條固定設(shè)置在安裝座32上，所述扭簧33另一端扭條與摩擦片34一端相固定連接，摩擦片34另一端緊抵壓著牙輪71的端面。

進(jìn)一步地，所述傳感器組件9包括有傳感器和定位板，所述定位板一端固定在固定板1的表面上，所述定位板另一端固定著傳感器。

本發(fā)明的傳動過程及工作原理：

壓電陶瓷電機2-2通電后，壓電陶瓷電機2-2的頂端產(chǎn)生上下振動，其振動的幅度為0～0.04mm,振動頻率為0～20khz；由于電機安裝架2-1的結(jié)構(gòu)為框架形，故能夠讓電機安裝架2-1實現(xiàn)微量拉伸和恢復(fù)。

當(dāng)壓電陶瓷電機2-2下端被固定時，壓電陶瓷電機2-2上端頂住的振動頭5，即振動頭5同時產(chǎn)生上下振動。此振動使得與振動頭5緊固連接的推桿組件圍繞著牙輪軸72上下擺動，同時由于推桿組件的大單向軸承62的外圈與推桿61是通過第一平鍵101實現(xiàn)徑向緊固連接定位的，因此大單向軸承62的外圈會繞牙輪軸72向前或向后旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)振動頭5向上運動時，大單向軸承62的外圈會向前旋轉(zhuǎn)，由于該大單向軸承62的外圈在往逆時針方向運動時是與大單向軸承62的內(nèi)圈鎖死的，（單向軸承的特點是軸承外圈相對于軸承內(nèi)圈在一個方向上可以自由轉(zhuǎn)動，而在另一個方向上鎖死的一種軸承），因此，大單向軸承62的內(nèi)圈此時會由于被外圈鎖死而向前旋轉(zhuǎn)，此時與大單向軸承62的內(nèi)圈通過第二個平鍵緊固連接的牙輪軸72也會向前旋轉(zhuǎn)，同時緊固在牙輪軸72上的牙輪71也會向前旋轉(zhuǎn)，從而牙輪71帶動傳送帶8向前進(jìn)給。

當(dāng)振動頭5向下運動時，大單向軸承62的外圈會向后旋轉(zhuǎn)，由于該大單向軸承62的外圈在順時針方向運動時是可與大單向軸承62的內(nèi)圈自由地相對滾動的，因此，大單向軸承62的內(nèi)圈不會受外圈的推動力而順時針方向的旋轉(zhuǎn)，與大單向軸承62緊固連接的牙輪軸72也不會受力往順時針方向旋轉(zhuǎn)；同時，由于該小單向軸承73的外圈是相對于內(nèi)圈在順時針方向緊鎖的，而是小單向軸承73的內(nèi)圈是固定在固定板1上的，故小單向軸承73的外圈是不能往順時針方向轉(zhuǎn)動的，于是緊固在小單向軸承73內(nèi)圈上的牙輪軸72也不能往順時針方向轉(zhuǎn)動，故保證了緊固在牙輪軸72上的牙輪71也會依然停留在原位而不會向后旋轉(zhuǎn)，嚙合在牙輪71上的傳送帶8也停留在原位。

如圖1所示，壓電陶瓷電機2-2提供的一次振動就會推動傳送帶向前進(jìn)給一個步距，該段距離可通過以下計算獲得：傳送帶的進(jìn)給步距a=壓電陶瓷電機的振動幅度b×牙輪公稱直徑d÷振動的作用力臂l。

若牙輪公稱直徑d與振動的作用力臂l的比例是1：1，若此時壓電陶瓷電機2-2的振動幅度為0.01mm，設(shè)控制傳遞系數(shù)f為1，則傳送帶8的進(jìn)給步距為0.01mm，同時，由于壓電陶瓷電機2-2的振動幅度可連續(xù)性調(diào)節(jié)，故傳送帶8的進(jìn)給步距也同時可連續(xù)性調(diào)節(jié)，因此，壓電陶瓷電機2-2的微振幅驅(qū)動實現(xiàn)了傳送帶8的微步距且連續(xù)性可調(diào)的進(jìn)給功能。再通過壓電陶瓷電機2-2的振動頻率控制，即可實現(xiàn)傳送帶8進(jìn)給速度的控制。本壓電陶瓷電機2-2同時有反饋伺服控制系統(tǒng)，牙輪71轉(zhuǎn)動時，傳感器可對牙輪71的位置作實時的檢測并向壓電陶瓷電機2-2提供反饋信號，壓電陶瓷電機2-2通過反饋信號進(jìn)行伺服控制和調(diào)節(jié)從而保證傳動的終端位置精準(zhǔn)度。另外，該壓電陶瓷電機2-2可輸出的作用力較大（最大為720kg）,該作用力通過推桿組件直接驅(qū)動傳動終端，無減速機構(gòu)，故可以推動較大的負(fù)載。本專利設(shè)計同時設(shè)計有阻力控制組件，通過更換不同彈力系數(shù)的扭簧33以及更換不同摩擦系數(shù)的摩擦片34，從而可以調(diào)節(jié)的阻力的大小，因此可以實現(xiàn)對牙輪71的不同的推動力輸出。

本發(fā)明有益效果為：

1、本裝置利用了壓電陶瓷電機的振動幅度微小，振動頻率以及振幅連續(xù)性可調(diào)的特點，實現(xiàn)了速度可調(diào)可控的微步距的高速傳動。

2、本發(fā)明的多層疊的壓電陶瓷電機具有較大的扭力矩，實現(xiàn)了高速大扭力的直接驅(qū)動。

3、另外，該結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，制造成本低。

以上所述僅是本發(fā)明的較佳實施方式，故凡依本發(fā)明專利申請范圍所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)。