螺旋箝位雙向大推力壓電直線作動器研究

程丁繼，時運來，林瑜陽，張 軍,付少蕾

(南京航空航天大學 機械結構力學及控制國家重點實驗室，江蘇 南京 210016)

0 引言

近年來，隨著壓電材料工藝和精密加工技術的發展，利用材料的物性效應實現微納米尺度驅動技術越來越受到國內外關注。與傳統直線電機工作原理和機械結構相比，壓電直線作動器以結構簡單，慣性小，響應快，定位精度高，輸出位移大，輸出能量密度高，易小型化等優點，在自動控制、精密定位及微機電系統(MEMS)等領域已有獨特優勢[1-3]。尺蠖式直線作動器類似于自然界的尺蠖運動[4]，其通過箝位自鎖的方式，將壓電疊堆小振幅、高頻率的能量輸入轉換為低頻率、大位移的能量輸出。在壓電尺蠖式直線作動器方面，趙宏偉[5]和張兆成[6]取得了很好的研究成果，但基于主動箝位方式，作動器的推力只有幾十牛頓。朱鵬舉等[7]采用螺旋箝位[8]方式設計的作動器最大推力可達130 N，行程為40 mm?；诼菪槲坏姆绞剑脡弘姱B堆在非共振狀態下輸出力大，變形大，重復精度高等優點，設計了一種推拉雙向大行程、大推力的壓電直線作動器，并對其箝位條件進行了分析研究，使作動器既滿足大驅動力的要求，又具有足夠大的位移量。

1 原理分析及結構設計

1.1 螺旋箝位運動原理

壓電尺蠖作動器主要由驅動元件、箝位結構和輸出元件組成。箝位結構主要有主動箝位、被動箝位和螺旋箝位。螺旋箝位是前兩者的綜合，螺母絲杠的接觸相當于兩楔形塊間的接觸，故螺母絲杠接觸需能自鎖?！?br>