具有半菱形二連桿位移輸出機構的超磁致伸縮驅(qū)動裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有半菱形二連桿位移輸出機構的超磁致伸縮驅(qū)動裝置，其包括一對棒式超磁致伸縮驅(qū)動器，槽鋼形框架和半菱形二連桿位移輸出機構；半菱形二連桿位移輸出機構包括一對驅(qū)動桿、一對連桿支座、左連桿、右連桿和輸出桿；本發(fā)明能實現(xiàn)器件的精密驅(qū)動；能夠?qū)⑺椒较虻某胖律炜s致動器輸出位移轉(zhuǎn)化為垂直方向，能夠克服輸出位移只有一個方向的缺陷，將超磁致伸縮致動器的適用范圍有所拓展；能夠?qū)敵鑫灰频拇笮∵M行調(diào)整；本發(fā)明可以用于小位移精密驅(qū)動場合，并且方便致動器位移的精確控制。
【專利說明】
具有半菱形二連桿位移輸出機構的超磁致伸縮驅(qū)動裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于小行程器件精密驅(qū)動控制技術領域，設及一種具有半菱形二連桿位移 輸出機構的超磁致伸縮驅(qū)動裝置。
【背景技術】
[0002] 超磁致伸縮材料(Giant Magnetostrictive Material)因其磁致伸縮系數(shù)遠高于 普通鐵磁材料而得名，是繼壓電陶瓷材料之后又一類引起廣泛關注的電能-機械能轉(zhuǎn)換材 料。超磁致伸縮材料具有驅(qū)動電壓小、輸出位移大、響應速度快且無疲勞失效等優(yōu)點，在高 精、高速W及重載驅(qū)動等方面具有廣闊的應用前景。其中W棒型超磁致伸縮材料為核屯、的 超磁致伸縮驅(qū)動器是該類型材料在機-電轉(zhuǎn)換領域應用的最基本器件。
[0003] 超磁致伸縮驅(qū)動器輸出的位移雖然相對壓電陶瓷驅(qū)動器等更大，但是其伸縮量仍 然較小，輸出位移量往往達不到理想要求。采用棒式超磁致伸縮材料只能實現(xiàn)軸向的位移 輸出，由于致動器體積的限制，使得超磁致伸縮致動器的應用場合有所限制。在實際條件 下，100毫米的磁致伸縮棒伸縮量也只有100微米左右，雖然選擇更長的GMM棒能夠增大輸出 位移，但是運將導致驅(qū)動器體積過大。因此，如何盡可能地在保證一定輸出精度的情況下同 時放大超磁致伸縮輸出位移，成為亟待解決的問題。
[0004] 由于超磁致伸縮驅(qū)動器輸出位移的限制，直接采用驅(qū)動器進行輸出不能滿足一定 性能需求，通常采用一定的機構進行位移方向和大小的轉(zhuǎn)化。常用的轉(zhuǎn)化機構有杠桿機構 和柔性較鏈，它們通常用于位移的放大，但放大倍數(shù)較小，且一般很難實現(xiàn)方向的變化。開 發(fā)新型的超磁致伸縮機構可實現(xiàn)更多的輸出位移形式，可拓展超磁致伸縮驅(qū)動器的應用范 圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能放大輸出位移大小和改變輸出位移方 向的具有半菱形二連桿位移輸出機構的超磁致伸縮驅(qū)動裝置。
[0006] 為解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種具有半菱形二連桿位移輸出機構 的超磁致伸縮驅(qū)動裝置，其包括一對棒式超磁致伸縮驅(qū)動器，槽鋼形框架和半菱形二連桿 位移輸出機構； 所述棒式超磁致伸縮驅(qū)動器通過螺栓對稱地固定設置在所述槽鋼形框架的左、右兩個 內(nèi)側壁上； 所述半菱形二連桿位移輸出機構包括一對驅(qū)動桿、一對連桿支座、左連桿、右連桿和輸 出桿； 所述一對驅(qū)動桿和一對連桿支座分別對稱； 所述連桿支座的下部設有水平階梯孔;所述連桿支座的上端設有一對支耳;所述驅(qū)動 桿的一端與所述棒式超磁致伸縮驅(qū)動器輸出端固定連接;所述驅(qū)動桿的另一端插入所述水 平階梯孔，其端面上設有帶內(nèi)螺紋的盲孔，所述驅(qū)動桿通過調(diào)節(jié)螺栓與連桿支座連接； 所述左連桿和右連桿的上端分別通過軸承固定在第一銷軸上;所述左連桿的下端通過 軸承固定在第二銷軸上;所述右連桿的下端通過軸承固定在第=銷軸上;所述第二銷軸通 過軸承與左端的連桿支座的一對支耳較接;所述第=銷軸通過軸承與右端的連桿支座的一 對支耳較接;在所述第一銷軸上設有徑向孔，所述輸出桿與所述徑向孔過盈配合。
[0007]所述左連桿為一對對稱的右端呈直角的連桿;所述右連桿為一對對稱的直桿;一 對右連桿的左端位于一對左連桿的右端兩直角之間；所述徑向孔位于所述一對右連桿的左 端之間。
[000引所述左連桿與右連桿等長。
[0009] 所述插入水平階梯孔的驅(qū)動桿的一端，其端面與水平階梯孔內(nèi)的豎壁之間設有2 個W上的墊片。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用超磁致伸縮致動器作為二連桿機構的驅(qū)動元 件，能夠充分利用超磁致伸縮材料磁致伸縮應變大、輸出力高、響應快和機電禪合系數(shù)高的 優(yōu)良特性，實現(xiàn)器件的精密驅(qū)動;本發(fā)明能夠?qū)⑺椒较虻某胖律炜s致動器輸出位移轉(zhuǎn) 化為垂直方向，能夠克服輸出位移只有一個方向的缺陷，將超磁致伸縮致動器的適用范圍 有所拓展;通過調(diào)整左、右連桿與水平方向的夾角，本發(fā)明能夠?qū)敵鑫灰频拇笮∵M行調(diào) 整;本發(fā)明的輸出位移與超磁致伸縮致動器的輸出位移有一定的函數(shù)關系，通過調(diào)整輸入 信號驅(qū)動兩個超磁致伸縮致動器，輸出桿的輸出位移可W得到控制，不同的輸出位移能夠 適用于不同的輸出情況，可W用于小位移精密驅(qū)動場合，并且輸出特性能夠按照驅(qū)動方案 進行設計;本發(fā)明采用螺栓對超磁致伸縮致動器底端進行過固定，采用調(diào)節(jié)螺栓對連桿支 座和超磁致伸縮致動器輸出桿進行固定，可使超磁致伸縮致動器的驅(qū)動桿輸出更加穩(wěn)定， 方便致動器位移的精確控制。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0012] 圖2為半菱形二連桿位移輸出機構主視圖。
[0013] 圖3為半菱形二連桿位移輸出機構俯視圖。
[0014] 圖4為圖2的A-A剖視圖。
[0015] 圖5為圖2的B-B剖視圖。
[0016] 圖6為半菱形二連桿位移輸出機構的放大原理圖。
[0017] 在圖1-6中，1、輸出桿;2、軸承，3、左連桿;4、驅(qū)動桿;4-1、盲孔;5、連桿支座;5-1、 支耳;5-2、水平階梯孔;6、調(diào)節(jié)螺栓;7-1、第二銷軸;7-2、第=銷軸;8、第一銷軸;9、槽鋼形 框架;10、棒式超磁致伸縮驅(qū)動器;11螺栓;12、右連桿;13、墊片； a為左連桿或右連桿與水平面之間的夾角;X為左連桿或右連桿向X軸的投影長度；Ax 為驅(qū)動桿的位移;y為左連桿或右連桿向y軸的投影長度；Ay為輸出桿的位移；J為左連桿 或右連桿的長度。
【具體實施方式】
[0018] 下面根據(jù)圖1-6及實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0019]在圖1-6所示的實施例中，其包括左側棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10、右側棒式超磁致 伸縮驅(qū)動器10、槽鋼形框架9和半菱形二連桿位移輸出機構;左側棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10 和右側棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10通過固定螺栓11對稱地固定設置在所述槽鋼形框架9的兩 個內(nèi)側壁上，二者無相對位移，固定螺栓共有8個，兩個棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10各用4個固 定螺栓進行固定，固定螺栓采用短螺栓，其型號為M6X 16;兩個棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10對 稱設置，并且同時輸出位移。
[0020] 半菱形二連桿位移輸出機構可實現(xiàn)輸出位移方向及大小的變化，半菱形二連桿位 移輸出機構包括左側驅(qū)動桿4、右側驅(qū)動桿4、左側連桿支座5、右側連桿支座5、左連桿3、右 連桿12和輸出桿1;輸出桿1的位移方向與棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10的位移方向相互垂直； 左連桿3和右連桿12的上端分別通過軸承固定在第一銷軸8上;左連桿3的下端通過軸承2固 定在第二銷軸7-1上;所述右連桿12的下端通過軸承固定在第=銷軸7-2上;所述第二銷軸 7-1通過軸承2與左側連桿支座5上的一對支耳5-1較接;第S銷軸7-2通過軸承2與右側連桿 支座5上的一對支耳5-1較接;連桿支座5與左連桿3或右連桿12之間通過銷軸和軸承連接， 二者可W發(fā)生相對轉(zhuǎn)動;銷軸采用彈性圓柱銷，其型號為M8 X 18;軸承2型號為62208。
[0021] 在所述第一銷軸8上設有徑向孔，所述輸出桿1與所述徑向孔過盈配合;兩個左連 桿3和或右連桿12之間通過長銷和軸承連接，長銷中間開孔，與輸出桿1之間為過盈配合;長 銷采用彈性圓柱銷，其型號為M8X25,此處用2個軸承，軸承型號為62208。
[0022] 在左側連桿支座5的下部設有水平階梯孔5-2,左側驅(qū)動桿4的右端插入所述水平 階梯孔5-2的左端的孔中，在左側驅(qū)動桿4的右端設有帶螺紋的盲孔4-1，左側驅(qū)動桿4與左 側連桿支座5上通過調(diào)節(jié)螺栓6連接;左側驅(qū)動桿4的左端與所述左側棒式超磁致伸縮驅(qū)動 器10的輸出端固定連接，超磁致伸縮驅(qū)動器10與驅(qū)動桿4之間為剛性連接，棒式超磁致伸 縮驅(qū)動器10的輸出位移直接傳遞給驅(qū)動桿4;右側連桿支座5與左側連桿支座5對稱設置，且 結構相同；右側驅(qū)動桿4與左側驅(qū)動桿4對稱設置，且結構相同。
[0023] 所述左連桿3為一對對稱的右端呈直角的連桿;所述右連桿12為一對對稱的直桿； 一對右連桿12的左端位于一對左連桿3的右端兩直角之間；所述徑向孔位于所述一對右連 桿12的左端之間。
[0024] 所述左連桿3與右連桿12等長。
[0025] 左側驅(qū)動桿4的右端面與左側連桿支座5的水平階梯孔5-2的左端孔的豎壁之間設 有2個W上的墊片13。
[0026] 驅(qū)動桿4端部開有螺紋，連桿支座5開孔，二者通過調(diào)節(jié)螺栓連接并壓緊，通過墊圈 13可W調(diào)整二者之間的相對位置;調(diào)節(jié)螺栓6有2個，其型號為M8X20。
[0027] 棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10為一種高精度直線電機，其輸出位移沿軸線方向，與水 平面平行，將兩個棒式超磁致伸縮驅(qū)動器10固定在支架上的同一高度，可實現(xiàn)水平方向位 移的疊加，可進一步獲得較大的位移輸出。超磁致伸縮驅(qū)動器10的輸出位移經(jīng)半菱形二連 桿位移輸出機構的轉(zhuǎn)化，水平位移變?yōu)樨Q直位移，輸出桿1位移的大小也與驅(qū)動桿4位移大 小不同；輸出桿1位移的大小與左、右連桿的長度、左、右連桿與水平面的夾角有函數(shù)關系。 輸出桿1的位移方向與超磁致伸縮驅(qū)動器10的位移方向相互垂直。通過改變連桿支座5與驅(qū) 動桿4之間的相對位置可W改變左、右連桿與水平面的夾角，進而調(diào)整輸出桿1的輸出位移 大小。輸出桿1與驅(qū)動桿4的位移比等于左或右連桿與水平面夾角的余切值。
[00%]超磁致伸縮致動器10通過螺栓固定在槽鋼形框架9上。經(jīng)過固定，超磁致伸縮致動 器10的輸出位移直接傳遞給驅(qū)動桿4。
[0029] 半菱形二連桿位移輸出機構可實現(xiàn)輸出位移方向的調(diào)整。超磁致伸縮驅(qū)動器10輸 出位移為水平方向，與半個菱形的水平對角線重合，而整個半菱形二連桿位移輸出機構的 輸出位移與半個菱形的豎直對角線重合，因此實現(xiàn)了輸出位移方向的垂直轉(zhuǎn)化。
[0030] 連桿支座5和驅(qū)動桿4之間可W發(fā)生相對平移，并由調(diào)節(jié)螺栓連接。驅(qū)動桿4位置保 持不變，通過改變連桿支座5的水平位置可W調(diào)整左或右連桿與水平面之間的夾角，進而改 變輸出桿1位移與驅(qū)動桿4位移之間的比值。
[0031] 輸出桿1位移與超磁致伸縮致動器10位移成正比例關系，且比例系數(shù)與左或右連 桿長度、左或右連桿與水平面之間的夾角有關。
[0032] 圖6為半菱形二連桿位移輸出機構的放大原理。水平方向設定為X軸，豎直方向設 定為y軸，兩個左、右連桿的長度設為1，左或右連桿與水平面之間的夾角設為a，a的取值范 圍是0~60%兩個左、右連桿向X軸和y軸的投影長度分別為X和y，驅(qū)動桿和輸出桿的位移分 別為A X和A y，根據(jù)菱形對角線垂直的性質(zhì)可知
，那么根據(jù)導數(shù)計算可知位 移輸出比為
[0033] 因此輸出桿與驅(qū)動桿的位移輸出比為左、右連桿與水平夾角的正切值，通過調(diào)整 該夾角可W調(diào)整輸出位移的大小。
[0034] 本發(fā)明克服了當前超磁致伸縮驅(qū)動器輸出的限制，提供一種超磁致伸縮驅(qū)動器的 位移調(diào)整方案。
[0035] W上所述實施方式僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，而并非本發(fā)明可行實施例的窮舉。 對于本領域一般技術人員而言，在不背離本發(fā)明原理和精神的前提下對其所作出的任何顯 而易見的改動，都應當被認為包含在本發(fā)明的權利要求保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種具有半菱形二連桿位移輸出機構的超磁致伸縮驅(qū)動裝置，包括一對棒式超磁致 伸縮驅(qū)動器(10)，其特征在于:還包括槽鋼形框架(9)和半菱形二連桿位移輸出機構； 所述棒式超磁致伸縮驅(qū)動器（10)通過螺栓(11)對稱地固定設置在所述槽鋼形框架(9) 的左、右兩個內(nèi)側壁上;所述半菱形二連桿位移輸出機構位于所述一對棒式超磁致伸縮驅(qū) 動器(10)之間； 所述半菱形二連桿位移輸出機構包括一對驅(qū)動桿(4)、一對連桿支座（5)、左連桿(3)、 右連桿(12)和輸出桿(1); 所述一對驅(qū)動桿(4)對稱;所述一對連桿支座(5)對稱； 所述連桿支座（5)的下部設有水平階梯孔(5-2);所述連桿支座（5)的上端設有一對支 耳(5-1);所述驅(qū)動桿(4)的一端與所述棒式超磁致伸縮驅(qū)動器（10)輸出端固定連接;所述 驅(qū)動桿(4)的另一端插入所述水平階梯孔(5-2)，其端面上設有帶內(nèi)螺紋的盲孔(4-1)，所述 驅(qū)動桿(4)通過調(diào)節(jié)螺栓(6)與連桿支座(5)連接； 所述左連桿(3)和右連桿（12)的上端分別通過軸承固定在第一銷軸(8)上;所述左連桿 (3)的下端通過軸承固定在第二銷軸(7-1)上;所述右連桿（12)的下端通過軸承固定在第三 銷軸(7-2)上;所述第二銷軸(7-1)和第三銷軸(7-2)分別通過軸承與對應連桿支座(5)上的 一對支耳(5-1)鉸接;在所述第一銷軸(8)上設有徑向孔，所述輸出桿(1)與所述徑向孔過盈 配合。2. 根據(jù)權利要求1所述的具有半菱形二連桿位移輸出機構的超磁致伸縮驅(qū)動裝置，其 特征在于:所述左連桿(3)為一對對稱的右端呈直角的連桿;所述右連桿(12)為一對對稱的 直桿;一對右連桿（12)的左端位于一對左連桿(3)的右端兩直角之間；所述徑向孔位于所述 一對右連桿(12 )的左端之間。3. 根據(jù)權利要求1所述的具有半菱形二連桿位移輸出機構的超磁致伸縮驅(qū)動裝置，其 特征在于:所述左連桿(3)與右連桿(12)等長。4. 根據(jù)權利要求1所述的具有半菱形二連桿位移輸出機構的超磁致伸縮驅(qū)動裝置，其 特征在于:所述驅(qū)動桿(4)與所述連桿支座(5)的水平階梯孔(5-2)之間為間隙配合。5. 根據(jù)權利要求1-4任何一項所述的具有半菱形二連桿位移輸出機構的超磁致伸縮驅(qū) 動裝置，其特征在于:插入水平階梯孔(5-2)的驅(qū)動桿(4)的端面與水平階梯孔(5-2)內(nèi)的豎 壁之間設有2個以上的墊片（13)。
【文檔編號】H02N2/06GK105978398SQ201610304331
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】李冬偉, 何忠波, 薛光明, 楊朝舒, 趙正龍, 張培林, 周景濤, 王懷光, 范洪波, 榮策
【申請人】中國人民解放軍軍械工程學院