Линейный пьезоэлектрический привод

 

CCNOS СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) 011

3(50 Н 01 1, 41 08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЖ

= с„".

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i (54 ) (57 ) . ЛИНЕЙНЫЙ ПЬЗОЗЛЕК1 РИЧЕСКИИ

ПРИВОД, содержащий корпус, .установленный в нем электромеханический движитель, выполненный в виде трех последователъно соединенных пьеэокерамических трубчатых элементов, средний из которых жестко соединен с корпусом, и подвижное звено, ус« тановленное s электромеханическом (21} 3605372/18-25 (.22). 15.06.83 (46). 07.11.84. Бюл. В 41 (72) А.Ф.Луговской, А.В.узунов и A.Ô.Äîìðà÷åâ (71) Киевский ордена Ленина .поли технический институт им. 50-летия

Великой Октябрьской социалистической. революции, (53) 537.228.1 (088.8) (56) 1. Лавриненко В.В. и др. Пьезоэлектрические двигатели. И., "Энер-. гия", 1980, с. 97, ргс. бба.

2, Патент США 9 3902084, кл. 310-8.1, опублик. 1975 (прототип}. движителе с возможностью осевого . перемещения .н с натягом относительно крайних пьеэокерамических элементов, о т л и ч а ю щ и и с ÿ тем, . что, с целью увеличения скорости перемещения, подвижное звено выполнено в виде поршня с осевым сквозным отверстием, уплотненного относительно корпуса, который делит корпус на две герметичные камеры, заполненные жидкостью, и двухступенчатого цилиндрического плунжера, который ступенью большего диаметра уплотнен в осевом сквозном отверстии поршня, а ступенью меньшего диаметра - в тор цовом отверстии корпуса, при этом в ступени большего диаметра плунжера выполнено осевое продольное отверстие, .диаметр которого равен диаметру меньшей ступени, отверстие это соединено с атмосферой каналом, выполненным в ступени меньшего диаметра, а в продольном отверстии плунжера подвижно установлен уплотненный относительно него стержень, консольно закрепленный на торце корпуса.

112ЗО7С 2

Изобретение относится к пьезотехнике, а более конкретно к пьезозлект рическим приводам, к может быть использовано при создании приводов станков, автоматических линий и манипуляторов., Известен .линейный привод, содержащий стержень, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения, и генератор деформаций в виде пьезокерамической .пластины, установленной под углом к поверхности стержня (1), Недостатком укаэанной конструкции является низкая долговечность.

Стержень приводится в движение,.за счет косых ударов со стороны пьезскерамической пластины генератора.

Это ведет к быстрому износу поверхности стержня и рабочей грани пьезопластины. Кроме того, примененный принцип. преобразования колебательных перемещений в линейное не позволяет получать большие скорости перемещения кз-за малых маплитуд ко-.. лебаний пьезокерамической плас;тины.

Извес-.ен также. линейный пьезоэлектрический, привод, содержащий корпус, установленный в нем электромеханический движитель, выполненный в виде трех .последовательно соеди-. ненных между собой пьезокерамических трубчатых элементов, средний из которых жестко соединен с корпусом, и подвижное звено, установленное в электромеханическом движителе с возможностью осевого перемещения к с натягам относительно крайних пьезокерамических элементов.

В известном приводе подвижпос звено выполнено в виде гладкого стержня. Перемещение стержня осуществляется за счет посл довательных подключений пьезокерамических трубок к напряжению, что приводит. к последовательному разжатию в диаметральном направлении крайних трубок и удлинению центральной трУбки„ Подобная коммутация приводит к шаговому перемещению стержня — выходного звена 32) .

Недос атком известно."О привода является отнОсительнО малая скОрОсть перемещения,;г о обусловлено следующим: из-за незначительности радиэльных .деформаций крайних пьезокерамических трубок контактирующие поверхности самих трубок и стержня приходится выпОлиять с бОльшОЙ чистОтойр .Что ведет 1(снижению коэффициента трения. Для увеличения усилия иа трубки приходится подавать повышенное напряженйе, одна((о высокое напряжение питания не позволяет Осуществлять коммутацию с большой частотой„ Псэтому привод не позволяет обеспечить высокую скорость перемещения, например, такую, которая требуется в манипуляторах промышленных роботов„ нде наиболее целесообразно использовать рассматриваемый привод, в которых необходимая скорость

5 превышает 1 м/("..

Целью изобретения является увеличение скорости перемещения.

Поставленная цель достигается тем, что в линейном пьезоэлектричес10 ком приводе, содержащем корпус, электромеханический движитель, выполненный в виде трех последовательно соединенных пьезокерамических трубчатых элементов, средний иэ которых жестко соединен с корпусом„, и подвкжное звено, установленное в электромеханическом движителе с возможностью осевого перемещения и с натягoM относительно крайних пьеэокерамических элементов, подвижное

ЗВЕНО ВЫПОЛНЕНО В ВИДЕ ПОРШНЯ С ОСЕвым сквозным отверстием, уплотнен-, ного относительно корпуса, который. делит корпус на две герметичные камеры, заполненные жидкостью, и двухступенчатого цилиндрического плунжера, который ступенью большего диаметра уплотнен в осевом сквозном отверстии поршня, а ступенью меньшего диаметра — в торцовом отверстии корпуса при этом в ступени большего диаметра. Ллунжера выполнено осевое продольное отверстие, диаметр которого равен диаметру меньшей ступени, отверстие зто соединено с атмосфе35 рой каналом, выполненным в ступени меньшего диаметра,. а в продсльном отверстии плунжера подвижно yc=-ановлен уплотненный относительно .него стержень„ консольно закрепленный на о торце кар уса.

На чертеже изображена схема линейного привода.

Линейный привод образован корпусом 1, в котором подвижно установлен поршень 2. Паршей 2 уплотнен относительно корпуса 1 и делит его на две замкнутые полости 3 и 4, заполненные жидкостью. В корпусе 1 размещен электромеханический движит ль, образованный тремя пбследовательно соединенными между собой пьезокерамическими лементами - двумя крайними (5 и 5) и средней 7 трубками. Средняя трубка 7 зафиксирована относительно корпуса, а крайние трубки 5 и б с натягом Охватывают поршень 2. В цорщне 2 выполнено сквозное осевое отверстие, в котором установлен двухступенчатый плунжер 8. Большая по диаметру ступень

66 плунжера 8 уплотнена относительно поршня 2, а его меньшая по диаметру ступень выходит через корпус 1 наружу и уплотнен Относительно корпуса. Внутри ступени большего диаметра выполнено осевое отверстие 9, 1230?О дчаметр которого равен диаметру мень. шей ступени п которое соединено с атмосферой каналам 10, выполнению в ступени меньшего диаметра. В or верстие 9 заведен стержень 11, который уплотнен относительно отверстия 9 и зафиксирован агнаснтельно корпуса 1 кансольно.

Привод работает следующим абразом.

На одйн из крайних пьеэокерамических элементов электрамеханического движителя, например трубку .5, . подается напряжение постоянного тс-. ка. B результате обратного пьезоэффекта трубка 5 разжимается в радиальном направлении и образуется зазор между внутренней поверхностью трубки 5 и поршнем 2. После этого напряжение постоянного тока подводится к. средней трубке 7, что приводит к ее удлинению в осевом направлении. Поскольку трубка 7 зафиксирована относительно корпуса 1, то будучи соединена с трубкой 6, охватывающей с натягом поршнеь 2, она смещает в осевом направлении относительно .корпуса 1 трубку 6 и соответственно поршень 2. В следующей фазе напряжение, постоянного тока снимается с трубки 5, в результате чего она сжимается и вновь захватывает поршень 2, а к трубке 6 подводится напряжение и она освобождает поршень 2. Теперь снятие напряжения со средней трубки 7. приводящее к ее продольному сжат1ю, приводит к оче. редному осевому сдвигу поршня 2 относительно корпуса 1. В результате сдвига поршня.2 повышается давление в.т аласти 4 и уменьшается в полости. 3.В полости 4 давление действует на кольцевую поверхйость ступени большего диаметра плунжера Я,что приводят к его выдвижению из корпуса 1.

Плунжер 8 выдвигается на величину, пропорциональную объему жидкости, вытесненному поршнем 2. A поскольку кольцевая. поверхность торца .плунжера 8 значительно меньше кольцевой поверхности торца поршня 2, ro . и смещение плунжера 8 происходит иа величину,. значительно превышающую смещение поршня 2, что и обеспечивает-. высокую скорость перемещения илунжера 8. Поскольку в плунжере 8 конструктивно обеспечено равенство пло-, щадей торцовых поверхностей, находящихся в обеих полостях, то при смещенки поршня 2 и выдвижении из корпуса 1 ступени меньшего диаметра

5 .плунжера 8 объемы полостей 3 и 4. всегда остаются постоянными. Эта важная особенность позволяет приводу при конструктивном обеспечении при конструктивном обеспечении перtG воначальнаго равенства объемов полостей 3 и 4 быть нечувствительным к температурным расширениям жидкости, так как в полостях, имеющих одинаковый и не меняющийся в процессе рабаты объем, расширение жидкости приводит только -к одинаковому повышению давления в полостях и плун.жер 8 остается неподвижным, т.е. не наблюдается явление "сползания" привода, которое характерно для обычных приводов объемного регулирования.

При изменении последовательности коммутации пьезокерамических трубок 5 — 7 обеспечивается обратное движение поршня 2 и втягивание в корпус 1 плунжера 8.

Линейный привод позволяет совмес-: тить преимущества пьезоэлектрических . приводов, работающих от электросети, т.е ° не требующих автономных и громоздких источников энергии, а также обладающчх большой простотой, компактностью и по.-аробезопасностью, и преимущества объемного гидроприво35 да, позволяющего легко повышать скорости перемещения при уменьшении передаваемого усилия. Привод отвечает всем требованиям, предъявляемым к приводам манипуляторов промышленных

40 .роботов, обладает высокой точностью и нечувствительностью к температурным расширениям. Высокая точность привода обеспечивается малой дискрет ностью его шагов, обеспечиваемой его пьеэокерамическим генератором. При этом привод не требует наличия громоздких насосных устаиозак с электродвигателями и сложной распределительной драсселирующей аппаратуры.

5О Привод хорошо стыкуется с программными устройствами, так как является дискретным приводом, .и количество его шагов, определяющее величину перемещения, может быть легко запрограммирована и проконтролировано.

1123070

Составитель Б.Баев

Редактор H.Ïóðÿåíêîçà ТехредМ. Гергель Корректор A.Обручар

Закаэ 8150/42 Тирай 682 . . Подписное

ВНИИХИ Государственного комитета СССР по делам иэобретеиий и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раужская иаб., д. 4/5

Филиал ППП "Патеит", г. Ужгород, ул. Проектная, 4