Линейный пьезоэлектрический привод

СЭОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК19) О 1) 3151) Н 01 Ь 41 08 Г= ЕНИЯ " ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 Т 19 ОПИСАНИЕ ИЗОБР И АВТОРСКОМУ( СВИДЕТ(71) Киевский ордена Ленина .политехнический институт им. 50-летия(54)(57).ЛИНЕЙНЫЙ ПЬЗОЗЛЕКТРИЧЕСКИЙПРИВОД, содержащий корпус.установленный в нем электромеханическийдвижитель, выполненный в виде трехпоследователъно соединенных пьезокерамических трубчатых элементов,средний из которых жестко соединенс корпусом, и подвижное звено, установленное в электромеханическом движителе с возможностью осевого . перемещения .н с натягом относительно крайних пьезокерамических элементов, о т л и ч а ю щ и й с я 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 торцовом отверстии корпуса, при этом в ступени большего диаметра плунжераФ 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 плунже- Я ра подвижно установлен уплотненный относительно него стержень, консоль. но закрепленный на торце корпуса.Изобретение относится к пьезотехнике, а более конкретно к пьезозлектрическим приводам, к может быть использовано при создании приводовстанков, автоматических линий и манипуляторов.,Известен .линейный привод, содержащий стержень, устзновленный с возможностью возвратно-поступательногоперемещения, и генератор деформацийв виде пьезокерамической .пластины,установленной под углом к поверхности стержня 1,Недостатком укаэанной конструкции является низкая долговечность.Стержень приводится в движение,.засчет косых ударов со стороны пьезокерамической пластины генератора.Это ведет к быстрому износу поверхности стержня и рабочей грани пьезопластины, Кроме того, примененныйпринцип. преобразования колебательных перемещений в линейное не позволяет получать большие скорости перемещения кз-за малых маплитуд ко-.лебаний пьезокерамической пластины.Известен также. линейный пьезоэлектрический, привод, содержащийкорпус, установленный в нем электромеханический движитель, выполненныйв виде трех последовательно соеди-.ненных между собой пьезокерамических трубчать 1 х элементов, средний изкоторых жестко соединен с корпусом,и подвижное звено, установленное вэлектромеханическом движителе с воз.можностью осевого перемещения к снатягам относительно крайних пьезокерамических элементов,В известном приводе подвижпосзвено выполнено в виде гладкогостержня. Перемещение стержня осуществляется за счет посл довательных подключений пьезокерамическихтрубок к напряжению, что приводит. кпоследовательному разжатию в диаметральном направлении крайних трубоки удлинению центральной трУбки Подобная коммутация приводит к шаговому перемещению стержня - выходногозгепа Ь,Недос атком известного привода является относительно малая скорость перемещечия, что обусловлено следующим: из-за незначительности радиальных деформаций крайних пьезокерамических трубок контактирующие поверх. ности самих трубок и стержня приходится выполнять с большОЙ чистОтойр .что ведет и 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 промышленныхроботов нде наиболее целесообразноиспользовать рассматриваемый привод, в которых необходимая скорость5 превышает.1 и/с,Целью изобретения является увеличение скорости перемещения.Поставленная цель достигаетсятем, что в линейном пьезоэлектричес 1 О ком приводе, содержащем корпус,электромеханический движитель, выполненный в виде трех последовательно соединенных пьезокерамическихтрубчатых элементов, средний из которых жестко соединен с корпусом, иподвкжное звено, установленное вэлектромеханическомдвижителе с возможностью осевого перемещения и снатягом относительно крайних пьезокерамических элементов, подвижноезвено 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 меньшегодиаметра - в торцовом отверстии корпуса при этом в ступени большегодиаметра. плунжера выполнено осевоепродольное отверстие, диаметр которого равен диаметру меньшей ступени,отверстие зто соединено с атмосфе 35 рой каналом, выполненным в ступенименьшего диаметра а в продслъномотверстии плунжера подвижно установлен уплотненный относительно негостержень консольно закрепленный нао торце корпуса.Начертеже изображена схема линейного привода,Линейный привод образован корпусом 1, в котором подвижно установленпоршень 2. Поршень 2 уплотнен относительно корпуса 1 и делит его надве замкнуть 1 е полости 3 и 4, заполненные жидкостью. В корпусе 1 размещен электромеханический движиль образоважый ревмя пбследова-.тельио соединенными между собой пьезокерамическими .лементами - двумякрайними 5 и 5 и средней 7 трубками. Средйяя трубка 7 зафиксированаотносительно корпуса, а крайниетрубки 5 и б с натягом Охватываютпоршень 2. В порщне 2 выполненос 1(возное осевое отверстие, в котором установлен двухступенчатый плунжер 8, Большая по диаметру ступень66 плунжера 8 уплотнена относительнопоршня 2, а его меньшая по диаметруступень выходит через корпус 1 наружу и уплотнен относительно корпуса. Внутри ступени большего диаметра выполнено осевое отверстие 9,дчаметр которого равен диаметру мень шей ступени и которое соединено с агмосферой каналом 10, выполнению в ступени меньшего диаметра. В от верстие 9 заведен стержень 11, который уплотнен относительно отверстия 9 и зафиксирован относительно корпуса 1 консольно.Привод работает следующим абразом.На одйн из крайних пьеэокерамических элементов электромеханического движителя, например трубку .5, подается напряжение постоянного то-. ка, В 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 сжат 1 ю, приводит к оче. редному осевому сдвигу поршня 2 относительно корпуса 1. В результате сдрига поршня.2 повышается давление в.галости 4 и уменьшается в полости З.В полости 4 давление действует на кольцевую поверхйость ступени большего диаметра плунжера 8,что приводят к его выдвижению из корпуса 1.Плунжер 8 выдвигается на величину, пропорциональную объему жидкости, вытесненному поршнем 2. А поскольку кольцевая. поверхность торца .плунжера 8 значительно меньше кольцевой поверхности торца поршня 2, то: и смещение плунжера 8 происходит иа величину, значительно превышающую смещение поршня 2, что и обеспечивает высокую скорость перемещения плунжера 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 4всегда остаются постоянными. Этаважная особенность позволяет приводу при конструктивном обеспечениипри конструктивном обеспечении пер О. воначального равенства объемов полостей 3 и 4 быть нечувствительнымк температурным расширениям жидкости, так как в полостях, имеющих одинаковый и не меняющийся в процессе 5 рабаты объем, расширение жидкостиприводит только к одинаковому повышению давления в полостях и плун.жер 8 остается неподвижным, т.е,не наблюдается. явление "сползаниямипривода, которое характерно для обычных приводов объемного регулирования.При изменении последовательностикоммутации пьезокерамических трубок 5 - 7 обеспечивается обратноедвижение поршня 2 и втягивание вкорпус 1 плунжера 8.Линейный привод позволяет совместить преимущества пьезоэлектрическихприводов, работающих от электросети,т.ене требующих автономных и громоздких источников энергии, а такжеобладающчх большой простотой, компактностью и по -аробезопасностью,и преимущества объемного гидроприво да, позволяющего легко повышать скорости перемещения при уменьшении передаваемого усилия. Привод отвечаетвсем требованиям, предъявляемым кприводам манипуляторов промышленных 49 .роботов, обладает высокой точностьюи нечувствительностью к температурным расширениям. Высокая точностьпривода обеспечивается малой дискретностью его шагов, обеспечиваемой егопьеэокерамическим генератором. Приэтом привод не требует наличия громоздких насосных установок с электродвигателями и сложной распределительной дросселирующей аппаратуры.Привод хорошо стыкуется с программ. ными устройствами, так как являетсядискретным приводом, и количествоего шагов, определяющее величину перемещения, может быть легко запрограммирована и ороконтролироваио.1123070 150/42 Тираж 682 . Подписное ВНИИХИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская иаб д. 4/5 Филиал ППП фПатеит", г. Ужгород, ул. Проектиая, каэ Составитель Б.Баеведактор Я.Пуваенкова Техредй. Гергель Корректор Ь.Обручар