大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，屬于精密驅(qū)動(dòng)與微定位技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電超聲驅(qū)動(dòng)技術(shù)由于其特有的定位精度高、無電磁干擾、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于精密驅(qū)動(dòng)平臺(tái)中。其中超聲電機(jī)是利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)激勵(lì)彈性體產(chǎn)生微幅超聲振動(dòng)，通過摩擦耦合實(shí)現(xiàn)機(jī)械能輸出的微特電機(jī)。與傳統(tǒng)電磁電機(jī)相比，因其具有結(jié)構(gòu)易于微型化、響應(yīng)速度快、無電磁干擾等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于精密驅(qū)動(dòng)與微定位技術(shù)領(lǐng)域。根據(jù)彈性體(或稱為定子)的結(jié)構(gòu)形式與驅(qū)動(dòng)激勵(lì)模式的不同，超聲電機(jī)主要有梁結(jié)構(gòu)彈性體超聲電機(jī)和板結(jié)構(gòu)彈性體超聲電機(jī)等幾種類型。
[0003]中國專利《桿式行波型超聲電機(jī)》，授權(quán)公告號(hào)為CN 100525057 C，授權(quán)公告日為2009年8月5日，公開的一種桿式行波型超聲電機(jī)，其定子組件由底座和上配重塊將壓電陶瓷片組和電極片組通過底座的螺桿旋緊連接，上配重塊呈圓盤狀，上端部有一尺寸相對(duì)較小的內(nèi)槽凸臺(tái)，底座外緣具有四個(gè)安裝用的螺紋孔，電機(jī)轉(zhuǎn)子組件由柔性轉(zhuǎn)子、銷、壓蓋、軸等構(gòu)成，電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間的預(yù)壓力通過壓緊彈簧來獲得和調(diào)節(jié)，當(dāng)電機(jī)通入超聲頻域內(nèi)一定的交流電壓時(shí)，電子定子部分上配重塊與轉(zhuǎn)子接觸的表面的質(zhì)點(diǎn)做橢圓運(yùn)動(dòng)，由于定轉(zhuǎn)子之間存在預(yù)壓力，定轉(zhuǎn)子間會(huì)產(chǎn)生摩擦力，這種摩擦力會(huì)推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)；中國專利《彎振模態(tài)梁式直線超聲電機(jī)振子》，授權(quán)公告號(hào)為CN 101626203 B，授權(quán)公告日為2011年7月20日，公開的一種彎振模態(tài)梁式直線超聲電機(jī)振子由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足、兩個(gè)端蓋、兩個(gè)絕緣套、兩對(duì)極化方向?yàn)楹穸确较虻膲弘娞沾善?、法蘭盤、兩個(gè)薄壁梁和安裝座組成，法蘭盤的端面上沿其軸線各伸出一根螺柱，每個(gè)螺柱上套有一對(duì)壓電陶瓷片，每個(gè)螺柱的懸伸端端部旋合有端蓋，每個(gè)端蓋的末端上都設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)足，所述每片壓電陶瓷片由切分后組合的、對(duì)稱的兩個(gè)半片壓電陶瓷片組成，兩個(gè)半片壓電陶瓷片之間極化方向相反，法蘭兩側(cè)的兩對(duì)壓電陶瓷片的切分線相互垂直，每對(duì)壓電陶瓷片中的壓電陶瓷片的極化方向相反；中國專利《圓盤型非接觸超聲電機(jī)》，授權(quán)公告號(hào)為CN 100525056 C，授權(quán)公告日為2009年8月5日，公開的一種圓盤型非接觸超聲電機(jī)，主要由定子組件、轉(zhuǎn)子組件和制作組件構(gòu)成，定子組件由圓盤形定子基體和壓電陶瓷粘貼構(gòu)成，電機(jī)的轉(zhuǎn)子組件由轉(zhuǎn)子基體、軸、彈簧、螺母等構(gòu)成，電機(jī)支座組件由底座、外殼、螺釘構(gòu)成，當(dāng)電機(jī)通入超聲頻率范圍內(nèi)一定的交變電壓時(shí)，電機(jī)定子產(chǎn)生超聲頻率的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過粘性力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力由軸輸出；中國專利《新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)》，申請(qǐng)公告號(hào)為CN 102437787 A，申請(qǐng)公告日為2012年5月2日，公開的一種新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)，其主要部件有二個(gè)定子、轉(zhuǎn)子、底座、摩擦襯墊、擋圈以及軸承等，其中，兩個(gè)形狀相同的定子對(duì)稱布置并且壓緊轉(zhuǎn)子兩個(gè)端面，保證兩定子的工作面可靠實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)子表面平行接觸，使定轉(zhuǎn)子接觸面受力均勻，這樣可以克服目前基于單定子結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)定轉(zhuǎn)子存在徑向接觸不均勻、接觸范圍小、定轉(zhuǎn)子存在徑向滑移摩擦損耗等缺陷，有望提高旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩和效率，并且延長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)的使用壽命。
[0004]由超聲電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理可知，相同條件下電機(jī)定子的振動(dòng)幅值越大，定子與轉(zhuǎn)子間有效接觸面積越大，越有利于電機(jī)整機(jī)性能的提高。而上述采用梁結(jié)構(gòu)彈性體的超聲電機(jī)，雖然電機(jī)定子振動(dòng)幅值較大，但定子與轉(zhuǎn)子間有效接觸面積較小，使得梁結(jié)構(gòu)超聲電機(jī)的機(jī)械輸出性能受限；對(duì)于采用板結(jié)構(gòu)彈性體的超聲電機(jī)，與梁結(jié)構(gòu)超聲電機(jī)相比，雖然電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子間有效接觸面積較大，但定子的振動(dòng)幅值一般較小，同樣表現(xiàn)為限制了超聲電機(jī)機(jī)械功率的強(qiáng)力輸出。由此可見，對(duì)于單獨(dú)采用梁結(jié)構(gòu)彈性體或板結(jié)構(gòu)彈性體的超聲電機(jī)，由于定、轉(zhuǎn)子間有效接觸面積小或振動(dòng)幅值不大等技術(shù)問題，導(dǎo)致超聲電機(jī)整體輸出性能不理想，限制了其在精密驅(qū)動(dòng)與微定位平臺(tái)裝置中的應(yīng)用與發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決單獨(dú)采用梁結(jié)構(gòu)彈性體或板結(jié)構(gòu)彈性體超聲電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器的定位平臺(tái)，由于電機(jī)定、轉(zhuǎn)子間有效接觸面積小或振動(dòng)幅值不大所導(dǎo)致超聲電機(jī)整體輸出性能不理想等技術(shù)問題，本實(shí)用新型公開了一種大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)。
[0006]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:所述大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)主要由固定外架、第一彈性體、第二彈性體、轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)、滾動(dòng)體、推力球軸承、蝶形彈簧、緊固連接件和內(nèi)六角螺栓組成。
[0007]所述固定外架為一側(cè)端部設(shè)置有法蘭的薄壁圓環(huán)體結(jié)構(gòu)，所述固定外架法蘭四周沿圓周方向均勻設(shè)置有q個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，其中q為大于等于I的整數(shù)，所述固定外架薄壁圓環(huán)體靠近法蘭部分設(shè)置有通孔結(jié)構(gòu)，所述固定外架薄壁圓環(huán)體靠近懸臂端部?jī)?nèi)側(cè)設(shè)置有圓弧狀滑道結(jié)構(gòu)，所述固定外架法蘭一側(cè)端部表面中心位置設(shè)有階梯孔結(jié)構(gòu)，所述固定外架法蘭另一側(cè)端部表面中心位置設(shè)有階梯孔結(jié)構(gòu)，所述固定外架法蘭端部表面階梯孔結(jié)構(gòu)中心位置設(shè)有通孔結(jié)構(gòu)；所述第一彈性體為兩側(cè)端部均設(shè)置有螺紋孔結(jié)構(gòu)的圓柱體結(jié)構(gòu)，所述第一彈性體一側(cè)端部設(shè)置有外螺紋結(jié)構(gòu)，所述第一彈性體外圓周表面上沿圓周方向均勻設(shè)置有m個(gè)外平面結(jié)構(gòu)，其中m為大于等于I的整數(shù)，矩形壓電陶瓷片布置于第一彈性體外平面上，采用^激振模式進(jìn)行激勵(lì)，且均沿厚度方向極化，所述布置于第一彈性體外平面上的矩形壓電陶瓷片的形變方向與第一彈性體的中心軸線均成平行布置關(guān)系；所述第二彈性體為一種梳齒型第二彈性體，所述第二彈性體一側(cè)端部表面沿圓周方向均勻設(shè)置有P片矩形壓電陶瓷片，其中P為大于等于I的整數(shù)；所述布置于第二彈性體一側(cè)端部表面上的矩形壓電陶瓷片采用名激振模式，且均沿厚度方向極化；所述第二彈性體布置矩形壓電陶瓷片一側(cè)端部表面中心位置設(shè)有螺紋孔結(jié)構(gòu)，所述第二彈性體另一側(cè)端部表面中心位置設(shè)有圓形凹槽結(jié)構(gòu)，所述第二彈性體圓形凹槽結(jié)構(gòu)一側(cè)端部表面設(shè)置有梳齒結(jié)構(gòu)，所述第二彈性體梳齒結(jié)構(gòu)表面設(shè)置有摩擦材料，所述第二彈性體圓形凹槽結(jié)構(gòu)與螺紋孔結(jié)構(gòu)中心位置設(shè)有通孔結(jié)構(gòu)；所述轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)為板結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)一側(cè)端部表面中心位置設(shè)有圓形凹槽結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)另一側(cè)端部表面中心位置設(shè)有沉頭孔結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)圓形凹槽結(jié)構(gòu)與沉頭孔結(jié)構(gòu)之間設(shè)置有通孔結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)外圓周表面設(shè)置有圓弧形滑道結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)另一側(cè)端部表面沿圓周方向均勻設(shè)置有r個(gè)螺紋孔結(jié)構(gòu)，其中r為大于等于I的整數(shù)；所述緊固連接件為一側(cè)端部設(shè)有內(nèi)六角孔的圓柱體結(jié)構(gòu)，所述緊固連接件另一側(cè)端部設(shè)置有外螺紋結(jié)構(gòu)，所述緊固連接件內(nèi)六角孔與外螺紋結(jié)構(gòu)之間的外圓柱表面與推力球軸承緊密配合連接。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型采用梁板復(fù)合方式的彈性體對(duì)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行激振，利用梁結(jié)構(gòu)第一彈性體與板結(jié)構(gòu)第二彈性體振動(dòng)模態(tài)的疊加耦合，在實(shí)現(xiàn)平臺(tái)梁結(jié)構(gòu)第一彈性體較大振動(dòng)幅值的同時(shí)，可獲得平臺(tái)板結(jié)構(gòu)第二彈性體與轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)間較大的有效接觸面積，使得驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的整機(jī)輸出性能獲得大幅度提升。本實(shí)用新型具有輸出功率大、運(yùn)行平穩(wěn)、定位精度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)以及應(yīng)用范圍廣等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在精密驅(qū)動(dòng)與微定位技術(shù)領(lǐng)域中具有較大的應(yīng)用與發(fā)展前景。
【附圖說明】
[0009]圖1所示為本實(shí)用新型提出的一種大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的剖視圖；
[0010]圖2所示為本實(shí)用新型提出的一種大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的固定底座的主視圖；
[0011]圖3所示為本實(shí)用新型提出的一種大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的固定底座的剖視圖；
[0012]圖4所示為本實(shí)用新型提出的一種大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第二彈性體的主視圖；
[0013]圖5所示為本實(shí)用新型提出的一種大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第二彈性體的剖視圖；
[0014]圖6所示為本實(shí)用新型提出的一種大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的粘接有矩形壓電陶瓷片的第二彈性體的主視圖；
[0015]圖7所示為本實(shí)用新型提出的一種大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的粘接有矩形壓電陶瓷片的第二彈性體的剖視圖；
[0016]圖8所示為本實(shí)用新型提出的一種大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)體的主視圖；
[0017]圖9所示為本實(shí)用新型提出的一種大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)體的剖視圖；
[0018]圖10所示為本實(shí)用新型提出的一種大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的緊固連接件的局部剖視圖；
[0019]圖11所示為本實(shí)用新型提出的一種貼片式梁板復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體的局部剖視圖；
[0020]圖12所示為本實(shí)用新型提出的一種縱振夾心式梁板復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體的主視圖；
[0021]圖13所示為本實(shí)用新型提出的一種縱振夾心式梁板復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體的剖視圖；
[0022]圖14所示為本實(shí)用新型提出的一種縱振夾心式梁板復(fù)合激振或扭振夾心式梁板復(fù)合激振或夾心式復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)第一彈性體中后匹配端的剖視圖；
[0023]圖15所示為本實(shí)用新型提出的一種縱振夾心式梁板復(fù)合激振或扭振夾心式梁板復(fù)合激振或夾心式復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)第一彈性體中后匹配端的剖視圖；
[0024]圖16所示為本實(shí)用新型提出的一種扭振夾心式梁板復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體的主視圖；
[0025]圖17所示為本實(shí)用新型提出的一種扭振夾心式梁板復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體的剖視圖；
[0026]圖18所示為本實(shí)用新型提出的一種強(qiáng)力輸出夾心式梁板復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體的主視圖；
[0027]圖19所示為本實(shí)用新型提出的一種強(qiáng)力輸出夾心式梁板復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體中前匹配端的剖視圖；
[0028]圖20所示為本實(shí)用新型提出的一種強(qiáng)力輸出夾心式梁板復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體中后匹配端的剖視圖；
[0029]圖21所示為本實(shí)用新型提出的一種強(qiáng)力輸出夾心式梁板復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體中壓電疊堆的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖22所示為本實(shí)用新型提出的一種貼片式大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體的局部剖視圖；
[0031]圖23所示為本實(shí)用新型提出的一種夾心式復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體的主視圖；
[0032]圖24所示為本實(shí)用新型提出的一種夾心式復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體的剖視圖；
[0033]圖25所示為本實(shí)用新型提出的一種縱扭復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體的主視圖；
[0034]圖26所示為本實(shí)用新型提出的一種縱扭復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體的剖視圖；
[0035]圖27所示為本實(shí)用新型提出的一種縱扭復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體中前匹配快的剖視圖；
[0036]圖28所示為本實(shí)用新型提出的一種縱扭復(fù)合激振的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體中前匹配快的剖視圖；
[0037]圖29所示為本實(shí)用新型提出的一種貼片式模態(tài)轉(zhuǎn)換的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體的局部剖視圖；
[0038]圖30所示為本實(shí)用新型提出的一種夾心式模態(tài)轉(zhuǎn)換的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體的主視圖；
[0039]圖31所示為本實(shí)用新型提出的一種夾心式模態(tài)轉(zhuǎn)換的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體的剖視圖；
[0040]圖32所示為本實(shí)用新型提出的一種夾心式模態(tài)轉(zhuǎn)換的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體中前匹配端的剖視圖；
[0041]圖33所示為本實(shí)用新型提出的一種夾心式模態(tài)轉(zhuǎn)換的大功率精密壓電超聲驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的第一彈性體中后匹配端的剖視圖；
[0042]圖34所示為本實(shí)用新