一种纳米精度的微型电动推杆

技术领域

本发明属于精密微驱动装置技术领域，具体是涉及一种纳米精度的微型电动推杆。

背景技术

精密电动推杆是一种用于精密移动物品的驱动和定位装置，推杆的驱动机构有电磁马达和压电致动器等。电磁马达用作驱动机构时，由于马达的转速较高，需要齿轮减速机构配合使用，齿轮减速机构加上电机自身的尺寸，使得电动推杆的整体尺寸减小受到限制。同时，由于电机本身的精度、齿轮传动累加的间隙都会影响电动推杆的移动和定位精度。压电机构可以大大提高电动推杆的精度，并减小整个推杆的尺寸，被广泛应用于需要高精度和空间受限的场合，如光学光路的调节装置、高端自动化设备等领域。目前，大多数用于驱动电动推杆的压电致动器都是采用压电驱动的惯性原理，即通过压电效应产生的变形传递到加持推杆的一个特殊螺母中。螺母和推杆构成一丝杆结构，由螺母的变形驱动丝杆旋转，并做直线运动。这种电动推杆在推动物品的同时，推杆本身也在转动，这种转动会给被移动物品施加一个转矩，对一些高精度的应用带来不利影响。所以，一种紧凑、高精度、非转动的电动推杆仍然是这种装置的一个目标。

发明内容

本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种纳米精度的微型电动推杆。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种纳米精度的微型电动推杆，包括基座、丝杆、压电马达、丝杆螺母、驱动片、平面轴承、轴承座、以及用于防止丝杆转动的防转装置，所述轴承座与基座相连接，所述平面轴承、丝杆螺母、驱动片均设置于轴承座内，所述平面轴承的一端与轴承座内壁相抵接接触，所述平面轴承另一端与丝杆螺母相连，所述驱动片固定安装于丝杆螺母，所述基座内设有与丝杆相匹配的导向孔，所述丝杆设置于导向孔内，且螺接丝杆螺母，所述丝杆的一端贯穿轴承座，并延伸至轴承座外，所述丝杆的另一端与防转装置相接触，所述压电马达安装于基座，所述压电马达的驱动足与驱动片相接触，并通过驱动片驱动丝杆螺母转动，所述丝杆螺母和防转装置相配合驱动丝杆直线运动。

作为优选，所述基座的两侧均开设有安装槽，所述安装槽之间对称设置，所述安装槽内设有用于夹持压电马达的夹持件。

作为优选，所述安装槽内设有弹性件，所述弹性件分别抵接接触安装槽槽壁和夹持件外侧壁。

作为优选，所述丝杆的中部设有与丝杆螺母相匹配的螺纹。

作为优选，所述防转装置包括壳体、弹簧和防转体，所述弹簧和防转体均设置于壳体内，所述弹簧的一端与壳体的内壁相连，所述弹簧的另一端与防转体的一端相连，所述防转体的另一端贯穿壳体，并延伸至壳体外，所述防转体的另一端与丝杆的另一端相抵接接触，所述基座上开设有与导向孔相连通的螺纹孔，所述壳体螺接螺纹孔。

作为优选，所述防转体另一端的端面为球形，所述丝杆另一端朝向防转体的一侧设有防转槽，所述防转体的另一端抵接接触防转槽。

作为优选，所述防转槽为凹槽或V型槽。

作为优选，所述防转体另一端的端面、丝杆另一端朝向防转体的一侧均为平面，所述防转体的另一端抵接接触丝杆的另一端。

本发明具有的有益效果：本发明中，压电马达通过驱动片驱动丝杆螺母转动，丝杆螺母转动并与防转装置相配合，使丝杆做直线运动，避免丝杆转动。本发明利用压电马达的直驱特征，使得本发明的整体尺寸减小；利用压电马达极高的步进精度、及与丝杆螺母相配合，可以获得非常高的移动精度。本发明便于使用，使用效果好，易于推广使用。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的一种剖视结构示意图；

图3是本发明压电马达与安装槽的一种连接结构示意图；

图4是图3中A-A的剖视结构示意图；

图5是本发明压电马达和夹持件的一种连接结构示意图；

图6是本发明丝杆另一端开设V型槽的一种结构示意图；

图7是本发明设有V型槽的丝杆与防转装置的一种连接结构示意图；

图8是本发明丝杆另一端开设凹槽的一种结构示意图；

图9是本发明设有凹槽的丝杆与防转装置的一种连接结构示意图；

图10是本发明丝杆另一端设有平面的一种结构示意图；

图11是本发明设有平面的丝杆与防转装置的一种连接结构示意图。

图中：1、基座；2、丝杆；3、压电马达；4、丝杆螺母；5、驱动片；6、平面轴承；7、轴承座；8、防转装置；9、导向孔；10、安装槽；11、夹持件；12、弹性件；13、壳体；14、弹簧；15、防转体；16、螺纹孔；17、防转槽；18、平面。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：一种纳米精度的微型电动推杆，如图1-图11所示，包括基座1、丝杆2、压电马达3、丝杆螺母4、驱动片5、平面轴承6、轴承座7、以及用于防止丝杆2转动的防转装置8，所述轴承座7与基座1相连接，所述平面轴承6、丝杆螺母4、驱动片5依次设置于轴承座7内，所述平面轴承6的一端与轴承座7内壁相抵接接触，所述平面轴承6的另一端与丝杆螺母4相连，所述驱动片5通过高强度的环氧胶粘接于丝杆螺母4，使得驱动片5与丝杆螺母4固定连接，所述基座1内设有与丝杆2相匹配的导向孔9，所述丝杆2设置于导向孔9内，所述丝杆2的中部设有与丝杆螺母4相匹配的螺纹，所述丝杆2螺接丝杆螺母4，所述丝杆2的一端贯穿轴承座7，并延伸至轴承座7外，所述丝杆2的另一端与防转装置8相接触，所述压电马达3安装于基座1，所述压电马达3的驱动足与驱动片5相接触，并驱动驱动片5转动，驱动片5转动带动丝杆螺母4转动，所述丝杆螺母4和防转装置8相配合驱动丝杆2直线运动。

为了使压电马达3提供更大的驱动力、及驱动片5稳定转动，在所述基座1的两侧均开设有用于安装压电马达3的安装槽10，所述安装槽10之间对称设置，每个所述安装槽10均可安装一个压电马达3。所述安装槽10内设有用于夹持压电马达3的夹持件11，所述夹持件11为U型结构，所述压电马达3夹持在夹持件11内。所述安装槽10内设有弹性件12，所述弹性件12可为弹片，所述弹性件12位于夹持件11外侧壁和安装槽10槽壁之间，且所述弹性件12分别抵接接触安装槽10槽壁和夹持件11外侧壁，所述弹性件12通过自身产生的弹力将夹持件11压紧固定在安装槽10内，防止夹持件11在安装槽10内上下移动，从而防止压电马达3上下移动。

压电马达3是利用压电材料的反压电效应进行机电能量转换，即压电陶瓷材料在电场作用下发生变形来驱动电机的动子运动。由于压电马达3的直驱特征，没有普通电磁马达所需要的齿轮减速机构，使得本发明的整体尺寸减小。同时，压电马达3具有极高的步进精度，使得本发明电动推杆具有纳米精度。

作为优选，本发明的压电马达3采用L1-B2型压电马达。L1-B2型压电马达是一种典型的线性压电马达，该马达的振动元件为一长方形压电陶瓷，陶瓷的一面为全电极，另一面为四等分电极，陶瓷沿厚度方向极化。马达工作在第一阶的纵振动模式(L1)和第二阶的弯曲振动模式(B2)。当L1和B2被加在对角两个电极同时激发时，在陶瓷端部的中间部分产生椭圆的驻波，由粘接在该部分的摩擦驱动足驱动动子运动。当振动由另一对电极激发时，驱动力相反，动子朝另一方向运动。该压电马达结构简单，具有较大的推力，已经在工业界获得应用。当然，本发明的压电马达3除L1-B2型压电马达外，其他接触式的压电马达也可采用，即压电马达3的驱动足与驱动片5直接接触，并通过驱动片5驱动丝杆螺母4转动。

为了防止丝杆2跟随丝杆螺母4一起转动，影响本发明的运行精度和推力，因此，在丝杆2的另一端设置防转装置8。所述防转装置8包括壳体13、弹簧14和防转体15，所述壳体13内设有容纳腔，所述弹簧14和防转体15均设置于壳体13内，所述弹簧14的一端与壳体13的内壁相连，所述弹簧14的另一端与防转体15的一端相连，所述防转体15的另一端贯穿壳体13，并延伸至壳体13外，所述防转体15的另一端与丝杆2的另一端相抵接接触，所述基座1上开设有与导向孔9相连通的螺纹孔16，所述壳体13螺接螺纹孔16。

如图6-图9所示，所述防转体15另一端的端面为球形，所述丝杆2另一端朝向防转体15的一侧设有防转槽17，所述防转体15的另一端抵接接触防转槽17，所述防转槽17为凹槽或V型槽。防转体15的一端位于壳体13内，防转体15的另一端延伸至壳体13外，同时，防转体15的另一端在弹簧14的作用力下，与防转槽17紧密接触，采用上述设计，既可防止丝杆2转动，又不会影响丝杆2的直线运动。

如图10、图11所示，所述防转体15另一端的端面、丝杆2另一端朝向防转体15的一侧均为平面18，所述防转体15的另一端抵接接触丝杆2的另一端。防转体15的一端位于壳体13内，防转体15的另一端延伸至壳体13外，同时，防转体15的另一端在弹簧14的作用力下，与丝杠的另一端紧密接触，采用上述设计，既可防止丝杆2转动，又不会影响丝杆2的直线运动。

使用时，压电马达3驱动丝杆螺母4转动的角度可以非常小，很容易达到每一步小于0.01°。假设丝杆螺母4和丝杆2的导程为0.25mm，即丝杆螺母4转动一圈，丝杆2移动的距离为0.25mm。丝杆螺母4转动0.01°，丝杆2移动的距离＝250mm*0.01°/360°＝0.0069微米＝6.9纳米，这是一个非常小的移动行程，即非常高的移动精度。

综上所述，本发明中，压电马达通过驱动片驱动丝杆螺母转动，丝杆螺母转动并与防转装置相配合，使丝杆做直线运动，避免丝杆转动。本发明利用压电马达的直驱特征，使得本发明的整体尺寸减小；利用压电马达极高的步进精度、及与丝杆螺母相配合，可以获得非常高的移动精度。本发明便于使用，使用效果好，易于推广使用。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。