CN1666352A - 起机械杠杆作用的灵巧器件操作机构上的温度补偿嵌入件 - Google Patents
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Abstract
一种装置，具有灵巧器件操作机构、支承装置和至少一个温度补偿嵌入件，该嵌入件或者固定在支承装置的外侧，或者与支承装置形成整体，或者以任何方法结合。该装置包括起机械杠杆作用的电激励灵巧器件。该支承装置和操作机构对于这种结构所用材料热膨胀系数的差别产生的影响很敏感。该灵巧器件通常的位移小于0.001英寸，并可以起到杠杆作用，放大50倍，从而得到有用的移动。温度对灵巧器件的影响因此形成杠杆作用，并被放大，由此在环境和/或者操作温度变化时，在该装置中产生不需要的运动。相对于支承装置选择补偿嵌入件尺寸和布置该嵌入件的方法可以提供一种准确的低成本的补偿嵌入件。
Description
相关申请的相互参考
本申请是2002年7月3号提出的临时专利申请号60/393799的继续，该临时申请已作为参考文献包含在本文中。
发明领域
本发明涉及装在起机械杠杆作用的灵巧器件操作机构上的温度补偿装置，以及制造这种装置的方法。
发明背景
对于不同行业中的很多应用，已经研究了各种灵巧器件操作机构的工艺。用在这种操作机构中的一个部件是电激励的灵巧器件操作机构。这种灵巧器件操作机构在受电激励时将改变形状。可以设计这种形状变化，使得一个轴起支配性变化。这种灵巧器件操作机构可以装在主要支承装置上。在灵巧器件操作机构的轴发生尺寸变化时，与主要支承装置形成一体的杠杆便可以放这种机构的运动。由于主要支承装置展现这种放大倍数，所以在灵巧器件和主要支承装置之间热膨胀系数极小的差别，将会造成主要支承装置的输出运动显著大于正常操作温度范围的输出。这种运动输出可以大出操作机构系统适用输出的50％。
以前的设计将补偿部件配置成与灵巧器件形成一条直线。这种方法具有若干问题。一个问题是，插入到主体部件和灵巧器件之间的补偿部件长度增加了操作机构的总长度。另外，灵巧器件能够传送很大的力，使得补偿部件的强度必须要相当大，以防止操作机构在起串联补偿部件作用时，降低该操作机构的作用力和运动性质。为了达到廉价的器件，这是一种很困难的组合方式。
另一种普通设计是将具有不同热膨胀系统的套筒套在灵巧器件上，使得捕获灵巧器件的空腔可以随温度膨胀和收缩。这种系统采用若干部件，所有这些部件都是很复杂的，制造成本高，并增加了总的尺寸，因而不太受到欢迎。
发明概要
本发明的装置包括支承装置，该支承装置具有彼此分开的第一和第二臂。灵巧器件操作机构例如压电操作机构可以响应操作机构的膨胀和收缩使第一和第二臂彼此相对运动。提供一种补偿装置，用于补偿用支承装置和操作机构中所用材料不同热膨胀系数的影响，从而可以降低或者消除由于工作温度和/或者环境温度变化造成的臂运动。
本发明提供一种简单的经济的解决方案，对起机械杠杆作用的操作机构的温度变化进行补偿。本发明提供一种补偿装置，补偿不同热膨胀系数的影响，同时不增加操作机构系统的外壳尺寸，而且还能将总的零电压误差校正到不大于操作机构系统最大运动的±7％。由于操作机构系统的可测量性，已经提出一种设计所有参数的方法，这种方法在设计特殊应用操作机构/支承装置组件的特殊物理结构时，可以降低设计时间。本发明采用：一种设计系统；灵巧器件操作机构；支承装置，具有起机械杠杆作用的形成一体的臂部分；以及温度补偿嵌入部件。该温度补偿嵌入部件放在支承部件的预定位置，与操作机构隔开，例如沿臂部分配置。这种嵌入部件可以嵌入到臂部分上的切口中。由于嵌入件和臂部分采用两种不同的材料，所以可以形成由该臂部分悬臂支承的那种双材料或者双金属运动。采用这种设计系统，可以明显看出温度补偿嵌入部件的布局和材料，这种系统采用最小数目的部件，同时可以保持小于5％的行程误差。
结合附图阅读实施本发明的最好模式以下说明之后，技术人员可以明显看出本发明的其他应用。
附图的简要说明
下面参考附图进行说明，在整个附图中用相同编号表示相同部件，这些附图是：
图1是透视图，示出本发明机电操作机构；
图2是图1切开的放大侧视图，示出本发明补偿部件的作用；
图3是本发明另一种结构的视图；
图4是本发明另一种结构的视图；
图5是本发明另一种结构的视图；
图6是本发明一种可能结构的应力分析图；
图7是透视图，示出本发明操作机构预加载机构；
图8是透视图，示出本发明另一实施例的操作机构以及相关的流体阀门；
图9是透视图，示出本发明另一实施例的操作机构；
图10是简化的流程图，示出设计和布置本发明温度补偿部件方法的步骤；
图11是曲线图，示出温度补偿臂的臂的位移(英寸)随温度(℃)的变化，并与未补偿的臂进行比较。
优选实施例说明
现在参考图1，图1是透视图，示出装置10的一个实施例，该装置具有支承装置12，该支承装置包括在上部、下部两个刚性的不弯曲的侧部分16和18之间延伸的不能弯曲的连接部分14，该支承装置构成C形部分20。至少一个可转动的臂部分，例如第一臂部分22或者24通过相应传动的形成一体的活页部分26或者28连接于相应的侧部分16或者18。如果需要两个相对的臂22和24，则另一个可转动的臂，例如第二臂24，可选择性地通过相应传动的形成一体的活页部分28连接于另一个刚性的侧部分18。传力部件30包括与灵巧器件操作机构32一端结合的表面。可调座34由可调的支承螺钉36支承，该螺钉穿过支承装置12。补偿嵌入件38嵌入到至少一个可转动的臂部分22和24。该补偿嵌入件28其宽度与相应转动臂部分22和24的宽度相同，该嵌入件可以嵌入支承装置12的切口部分40，并完全充满该切口。
下面参考图2，该图是放大侧视图，示出装置10补偿部件38的作用。作为非限制性的例子，可转动臂22可用416号不锈钢制造，这种钢的热膨胀系数为5.7×10-6英寸/英寸°F，补偿嵌入件38可以用热膨胀系数为9.6×10-6英寸/英寸的304号不锈钢制造，当将两种具有不同膨胀系数的金属条焊接在一起时，温度的变化将使这种组合件自由偏转。在这种情况下，嵌入件38的膨胀大于可转动臂22的膨胀，从而造成沿示出的方向偏转。应当看到，可以将嵌入件38放在与所示放置位置形成180°的位置，或者换言之，放在可转动臂22的底部，从而向上偏转，该嵌入件38可以用热膨胀系数较小的材料，由此可以改变自由偏转的方向。在温度变化时，可以用这种偏转来抵消灵巧器件操作机构32和支承装置12之间热膨胀系数的差别。或者，可以采用其他材料作支承装置12，例如热膨胀系数为6×10-6英寸/英寸°F的17-4PH不锈钢和热膨胀系数10.55×10-6英寸/英寸°F的高膨胀合金(镍-铬-铁合金)22-3。一般说来，可以根据材料的特性，选择合适的支承装置材料，来形成刚性很大的装置。这种刚性大的装置有助于尽量减小不希望的运动，由此能尽量增大臂的运动。根据这一标准，可以用许多材料例如钢或者其他金属、合金、陶瓷、复合材料，或者任何这些材料的混合材料来形成支承装置。作为非限制性例子，复合材料包括掺有非金属材料的金属材料，或者掺和在一起的两种不同金属材料，或者掺和在一起的两种不同的非金属材料，或者这些材料的任何混合材料。一般说来，用在支承装置上的温度补偿部件，与没有温度补偿的臂相比较，不应当降低臂的刚性。臂刚性的降低可能降低支承装置臂的输出性能。根据这一标准，可以采用许多材料例如钢，或者其他金属、合金、陶瓷、复合材料或者这些复合材料的混合材料来形成支承装置。作为非限制性例子，该复合材料包括与非金属材料混合的金属材料，或者混合在一起的两种不同金属材料，或者混合在一起的两种不同非金属材料，或者任何这些材料的混合材料。由于温度补偿造成的臂输出性能的任何降低，必须与各种应用要求例如尺寸、重量、可靠性、重复性等平衡。
下面参考图3，可转动臂22可以用双材料条42a构成，该材料条用紧固件44a固定于支承装置12a。在此例中，双材料条42a可以确保温度变化造成的自由偏转基本上等于支承装置12a和灵巧器件操作机构(未示出)的热膨胀净和，并与该热膨胀反向作用。技术人员应当认识到，紧固件44a仅仅是将可转动臂22a固定于支承装置的一种方法。作为非限制性例子，其他方法包括高温焊接、铜焊接、低温焊接、化学粘接或者这些方法的任何联合方法。
下面参考图4，一部分可转动臂22b由双材料条42b构成，该材料条用紧固件44b固定于可转动臂22b。在此例中，双金属条和/或者双材料条42b沿可转动臂配置，使得双金属条和/或者双材料条可以确保温度变化引起的自由偏转近似等于装置12b、可转动臂22b和灵巧器件操作机构(未示出)的总的热膨胀，并与这种膨胀反向偏转。技术人员应当认识到，紧固件44a不是将可转动臂22固定于支承装置的唯一方法。作为非限制性例子，其他方法包括高温焊接、铜焊、低温焊接、化学粘接等，或者任何这些方法的联合方法。
下面参考图5，可转动臂22c的一部分可以由双材料条和/或者双金属条42c构成，该条用适当的结合材料层23固定于可转动臂22c。该结合材料层可以任何适合的粘接剂层、低温焊接层、高温焊接/铜焊杆的残留层等或者任何这些层的混合层。条42c牢固连接于臂22c，位于该臂上形成的切口或者槽口中，从而可响应温度变化进行自由偏转，这种偏转近拟等于支承装置12c、可转动臂22c和灵巧器件操作机构(未示出)的热膨胀总和，并与这种膨胀反向偏转。
下面参考图10的简化流程图，图中示出本发明补偿嵌入件的材料、取向和尺寸的优化方法。从步骤100开始后，确定应用要求。这种要求是选择参数，作为非限定性例子，该参数包括作用力、尺寸、位置、振动、应力、抗冲击性、周期时间、操作频率、温度、环境阻力、耐腐蚀性、生产成本、迟滞性、线性性、电反应和/或者重复性。在步骤102中确定这些要求后，程序转到步骤104，在此步骤中初步提出三维计算机辅助设计模型，然后在步骤106中选择嵌入材料，并将这种材料代入三维计算机辅助模型中。然后在步骤108中，进行有限元应力分析(FEA)，以预测补偿嵌入件的性能。利用有限元应力分析，在步骤110中确定臂的偏转。然后在步骤112中，对照步骤110确定的计算的偏转，检验提出的要求。如果确定不能满足先前在步骤102中确定的要求，则程序返回到步骤104，在该步骤104中进一步优化该模型，并继续循环直至满足要求。如果在步骤112的要求满足步骤102的要求，则程序进入到步骤114，在步骤114中按照各种特征，鉴定这种构形，作为非限定性例子，这些特征包括成本、可制造性、部件数目、材料类型和/或者操作性能的重复性。如果确定所提出的特殊的三维计算机辅助设计模型不满足要求，则程序回到步骤104，在该步骤中进一步优化该模型，并继续循环，直至满足要求。如果在步骤114中的要求满足步骤102中的要求，则程序进入到步骤116，在步骤116中通过形成和检验原模型来评价这种构形，由此确认步骤102的要求得到满足。如果确定这些要求没有得到满足，则程序回到步骤104，在该步骤中进一步优化该模型，并继续循环，直至该原型满足该要求。如果确定这些要求得到满足，则程序结束于步骤118，完成设计。
在图1所示的实施例中，可以用两种不同类型的材料加工出这些部件。作为非限定性例子，支承装置12用不锈钢制作，而补偿嵌入件38用黄铜制作。
图1所示的装置10具有支承装置12，该装置具有彼此隔开的第一可转动臂部分22和第二可转动的臂部分24。各个臂部分22和24分别通过形成一体的传动活页部分26和28连接于相应刚性不弯曲的侧部分16和18。各个活页部分26和28包括连接于相应侧部分16、18的相应初级活页连接部分46和48，相应的次级活页连接部分50和52连接于传力部件部分30。作为非限定性例子，在各个臂部分22和24以及侧部分16和18之间形成槽口54和56，从而使得臂部分22和24可以移动，而不与支承装置12的侧部分16和18接触。在初级活页部分16和18以及传力部分30之间形成槽口58和60。以便于从传力部分30到臂部分22和24形成机械杠杆作用。
灵巧器件操作机构32，例如压电操作机构，可以响应加在器件上的电功率而正比改变形状。该操作机构32可以响应器件的膨胀和收缩，使第一和第二臂部分22和24彼此相对转动。该操作机构32配置在调节座34和传力部件部分30之间。应当认识到，压电操作机构是一种可能的灵巧器件操作机构，在本发明的范围内，还可以考虑应用其他装置，例如磁致收缩器件操作装置或者电致收缩器件操作装置。
将传力部件部分30和可转动臂部分22和24设计成基本上是刚性的部件部分。这些部件的任何弯曲，即使是微量的弯曲，也可能因为不需要的运动而造成不能充分地传递功。一般说来，压电操作机构组件的运动是微小的，一般约为组件长度的0.1％。根据本发明所用组件的长度，取决于实际的实施例，这种运动约在1500微英寸到100微英寸的最大位移。因此，通常将支承装置12的所有部件设计成能够尽量减小不要求的运动。在极端情况下，在预定设计负载和支承装置12具有无限寿命的情况下，大于4微英寸的运动对于本发明便可以看作为非刚性的，而且是不希望的。在实践中，刚性可以更有效地定义为，侧部分例如16和18彼此移近和移离的位移距离或者运动，与传力部件30自由偏转期间的位移距离之比。按照本发明，本文中，侧部分16和18的位移距离或者运动超过传力部件30位移距离或者自由偏转的10％便可认为不是刚性的。实际上，该百分数通常更小。例如在压电组件约为0.394英寸长的实施例中，不要求的侧部分运动对自由偏转的百分数约为2％。另一种结构刚性和总的操作效率的另一种表示法是用测得的臂部分例如22和24的自由偏转与这种运动的理论值(即假定通过整个理论刚性结构，运动损失为零)或者计算值的比表示。采用这种定义，本发明得到的最小效率约为80％。另外，按照本发明，可以达到约90％的效率。按照本发明的构形，还有希望达到大于90％的效率。例如，可以特别设计活页部分的几何尺寸，以便达到最好的操作性能，而不会产生应力疲劳破损。按照本发明，支承装置12除活页部分外的所有部分应当认为是“刚性的”。该活页部分是支承部件的唯一需要弯曲、偏转和运动的部件或者部分。该活页部分在支承装置12中是应力最大的部分。准确选择活页部分几何结构的弯曲点，可以优化特殊应用的操作性。为了满足特别的技术要求，可以改变活页部分的放大作用，本设计方法能解决这种问题。作为非限定性例子，有限元分析法已经证明，在工业应用的范围活页寿命应当是“无限的”。用压电组件作初级驱动的系统与本发明说明的运动放大器相组合的这种装置，试验室测试已超过5亿次开/关周期操作。该装置10整个可以用同一种材料形成，例如钢，或者技术人员已知的任何合适材料或者复合材料，只要选择的材料满足上述特殊应用的设计标准。
支承装置12包括第一刚性不能弯曲的侧部分16、第二刚性不能弯曲的侧部分18以及刚性的不能弯曲的连接部分14，各个侧部分16和18与刚性不能弯曲的连接部分14形成一体。该侧部分16和18与第一和第二可转动的臂部分22和24的活页部分26和28形成一体。该第一和第二臂部分22和24是刚性的不能弯曲的构件。
为了优化特殊应用的操作性能，应当准确选择弯曲点和活页的几何形状。本设计方法能够解决这种问题，即使臂部分22和24的放大作用与活页部分26和28相结合，以满足特定应用所需要的技术要求，从而尽量增加操作性能，而不引起材料疲劳。经试验室测试已证明的计算工作寿命，显示出本发明装置10的操作性能在经过5亿次开/关周期以后，没有任何可测量到的变化。
下面参照图1和7，装置10包括用于在操作机构32上施加压力的装置62。该预加压装置62包括螺钉36，该螺钉螺纹啮合位于支承装置12连接装置14中的螺纹孔64。该螺钉36可以通过调节座将压力作用在操作机构32上。该调节座34将螺钉36的压力传到操作机构32上，该调节座34包括大体为曲面的作用力会聚衬垫，以便将预加的作用力变为纯粹的压力均匀作用到操作机构上，而没有任何剪力作用在操作机构上。
应用装置66来补偿支承装置12和操作机构32所用材料不同热膨胀系数的影响，从而可以消除由工作温度和/或者环境温度变化造成的运动。每一种材料均有热膨胀系数。当工作温度和/或者围绕部件的环境温度变化时，这些部件的尺寸将膨胀或者收缩。膨胀和收缩的量正比于热膨胀系数。本发明的温度补偿作用可以降低或者消除温度变化对装置10的影响，本发明的温度补偿装置66包括操作上与支承装置12相结合的补偿嵌入件38，例如连接于至少一个臂部分22，例如图2所示。臂部分22的切口部分40可以切除，使补偿嵌入件38嵌入到切口40中。该嵌入件38在操作上可以以任何适合的方式，例如用适当的粘接剂粘合、铜焊、高温焊、机械紧固方法等，或者任何这些方法的联合方法，在操作上连接于臂部分22。补偿嵌入件38与臂部分22的热膨胀系数不同(即或者较低或者较高)，使得臂部分22的偏转量基本上等于由工作温度和/或者环境温度变化造成的任何偏转，并在其相反方向偏转。该切口部分40可以位于臂部分22的外表面68上，或者位于臂部分22的内表面70上。虽然本发明的温度补偿涉及应用嵌入件使臂部分22和24偏转，因为部件的膨胀和/或者收缩正比于环境温度的变化，但是该臂部分22和24仍然在下面的意义上是刚性的，即支承装置基本上限制在设计的负载状态下发生的弯曲运动。尽管本发明已经示出和详细说明“嵌入件”与臂部分22和24在物理上是单独的，但是本发明还公开和包括整体的嵌入件结构。技术人员应当认识到，本发明可以用整体嵌入到相应臂部分22和24中的嵌入件形成，和/或者可以用本身掺入适当材料的臂部分22和24形成，从而形成要求的特性。作为非限定性例子，支承装置12可以用复合烧结材料模制技术形成支承装置12，由此实施本发明。因此本文中采用的一般术语“嵌入件”被确定为包含物理上分开的“嵌入件”，或者整体形成的“嵌入件”，或者分开的和整体形成结构的任何联合结构。
现在参考图3，至少一个臂部分22a用双金属层42a制作，该双金属层形成至少一个臂部分22a的整个长度。该臂部分22a可以用紧固件44a固定于支承装置12a。或者，该臂部分22a可以用其他的适当方法例如铜焊法、低温焊接法、高温焊接法、化学粘接法或者这些方法的任何联合方法固定于支承装置12a。
现在参考图4，双材料层42b构成臂部分22b的部分长度。应用紧固件44b将具有双材料层42a的臂部分22b固定于支承装置12b。或者，可以用其他任何合适的方法例如铜焊法、低温焊接法、高温焊接法、化学粘接法或者任何这些方法的联合方法将臂部分22b固定于支承装置12b。
下面参考图10，图中示出设计本发明装置10的方法。方法的步骤包括：确定设计要求的步骤102；采用三维计算机辅助设计，使装置10支承装置12、臂22中的嵌入件38和操作机构32形成模型的步骤104；选择温度补偿嵌入件材料的步骤106；在有限元模型上进行有限元分析的步骤108；将结果与设计要求比较的步骤110；修改这种模型，循环这种程序，直到计算结果满足设计要求的步骤112；确定是否按规定成本进行制造的步骤114；用原型进行测试，确认步骤116中的设计，直至这种设计满足步骤102的要求；重复这种设计程序，直到该设计满足制造成本要求的步骤118。
下面参考图6，图中示出在装置10上得到的有限元分析结果的例子。该操作机构通过力传送部件30传送作用力，使得装置的峰值应力位于活页部分26上。该臂部分22受到力传送部件30经装置10活页部分26施加的力而从初始位置偏转到偏转位置。由于采用有限元方法得到这种示出应力分布，所以操作机构可以达到要求的设计寿命。位于活页区域部分26、28上的应力随操作机构32的作用力增加而增加。该操作装置10基本上是刚性的，由于操作机构的作用力而产生的唯一的弯曲运动的位置位于活页部分26和28上。该活页部分26和28在设计的负载条件下，被设计为使装置10的工作寿命无限长，换言之，因为在生产装置10时，采用本设计和制造方法，所以活页部分26和28具有充分的强度和横截面，不会在装置10的寿命期间产生屈服或者破裂。可以采用另一种有限元分析法来检验从活页部分26延伸到臂部分22端部的臂部分22的运动。在分析的这一方面中，将未补偿臂的运动与已进行温度补偿的臂的运动进行比较。在一定范围的正常操作温度下，使两种臂的运动和作用力形成模型，从而确认所应用的热补偿方法的有效性，并尽量减少由刚性不够产生不需要弯曲造成的操作性能降低。图6示出曲率大大放大的臂部分22，从而可以用图显示热补偿分析。
下面参考图7，图中示出由螺钉36预加压力的操作机构32。该螺钉与支承装置12的连接部分14螺纹啮合。该螺钉36接触调节座34，例如刚性的作用力会聚衬垫，该衬垫在操作上连接于操作机构。该调节座34包括曲面或者拱形，以便将作用力变成为没有任何剪力分量的纯粹压力。用压电组件制作的操作机构不适合于受到张力或者侧向力的作用。通过使预加的压力大于压电组件的总的位移，该组件将总是处于压力作用下，即使该装置在压电组件放电后返回到原来位置。
在操作中，装置10将补偿温度的变化，从而使臂部分22和24偏转保持正比例操作。当工作温度和/或者环境温度改变而不同于设计温度时，该臂部分将由于操作机构的材料和支承装置的材料之间热膨胀系数的不同而偏转。图11示出试验例子。图11示出一种可能的臂结构，并示出温度补偿臂和非补偿臂的臂偏转(英寸)随温度(℃)变化的曲线。该图示出，未补偿的臂在80℃偏转0.006英寸，而温度补偿臂的偏转小于0.001英寸。这种偏转是显著的，因为在试验的臂结构中，未补偿臂由温度引起的偏转，相当于在恒定温度下响应灵巧部件操作机构电激励引起的相应于支承装置有效臂位移的约50％。换言之，取决于温度引起的偏转方向，所示的没有补偿臂的结构仅仅因为温度变化其偏转可能增加约50％，或者减小约50％。
下面参考图8，该图是透视图，示出与流体阀门部分76联用的装置10，该装置具有支承装置12，该支承装置包括在第一和第二刚性不能弯曲的侧部分16和18之间延伸的不能弯曲的连接部分14，该支承装置12形成C形部分20。至少一个刚性可转动臂部分22可转动地整体连接于传动活页26。如果需要两个相对的臂部分，则第二刚性可转动臂部分24可整体地连接于传动活页28。传力部件30在操作上连接于灵巧器件操作机构32，该机构与调节座34配合。该调节座34由螺钉36支承，该螺钉螺纹啮合支承装置12。温度补偿嵌入件38嵌入到至少一个可转动臂部分22。阀座72固定于可转动的臂24。阀杆74固定于可转动的臂部分24，阀部件72和74形成一般用途的可正比操作两通阀。该阀门受到温度变化的影响，例如在周围环境温度的影响，或者受控流体温度的影响，因此灵巧器件操作机构的膨胀和收缩不同于支承装置12的膨胀和收缩。由于温度变化，可转动臂22和24将发生运动从而使阀杆74相对于阀座72移动。温度补偿嵌入件38将相对于可转动臂部分22和24发生膨胀或者收缩，从而对器件操作机构32和支承装置12之间热膨胀系数的不匹配提供补偿。本发明的补偿装置可以防止阀杆74和阀座72在温度变化时彼此相对进行显著运动，从而可以在较宽的一段环境和操作温度范围内达到成正比的控制。
下面参照图9，图中示出的装置10具有双动作的臂部分22d和24d，该臂部分22d和24d在操作机构32受激发时，可以绕活页部分26d和28d转动，该臂部分22d和24d在操作机构32受激励或者去激励时，可以在两个相对端部做功，补偿嵌入件38d和38e配置在臂部分22d和28d的相对两侧，从而补偿由于环境温度变化造成的热膨胀作用。
尽管已结合在现在认为是最好实施例说明本发明，但是应当明白，本发明不限于公开的实施例，相反，还可以在所附权利要求书的精神和范围内进行各种改型和等效的配置，这种范围应当与最广义的解释相一致，从而在法律允许的条件下包含所有改型和等效装置。
Claims (23)
1.一种装置，包括：
支承装置；
操作机构，在操作上连接于该支承装置，以便响应操作机构的电激励，按正比例地驱动支承装置；
与支承装置相互作用的一种装置，可响应预定操作温度范围外的温度变化，而补偿支承装置和操作机构中所用材料的不同热膨胀系数。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该温度补偿装置包括：至少一个补偿部件，该部件在操作上连接于支承装置，并与操作机构隔开，该补偿部件所用的材料其热膨胀系数不同于支承部件所用材料的热膨胀系数，使得补偿部件可以向支承装置施加力，力的方向与由环境温度变化造成的支承构件上固有的任何偏转力的方向相反。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该温度补偿装置还包括：形成至少一部分支承装置的双材料层，并与操作机构隔开一段距离，第一材料层所用的材料其热膨胀系数不同于第二材料层，使得双材料层可以向支承装置施加力，从而使支承装置偏转，其偏转方向与环境温度变化引起的任何偏转方向相反。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该温度补偿装置还包括：支承装置，用第一材料形成，该材料的热膨胀系数不同于温度补偿部件的热膨胀系数，该温度补偿部件由第二材料形成，使得两种不同的材料可响应环境温度的变化彼此施加相反的力。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，两个相反的力足以将操作机构材料和支承装置材料的热膨胀系数差别引起的支承装置温致运动，限制到不大于支承装置总移动量的±7％。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该温度补偿装置还包括温度补偿部件，该部件在操作上连接于支承装置，并与操作机构隔开，该操作机构的宽度基本上等于支承装置的整个宽度。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该温度补偿装置还包括温度补偿部件，该部件在操作上连接于支承装置，并位于支承装置的外表面上。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该温度补偿装置还包括温度补偿部件，该部件操作上连接于支承装置，并位于该支承装置的内表面上。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该支承装置还包括至少一个臂部分，该臂部分可转动地经一体形成的活页部分从侧部分伸出，该活页部分位于侧部分和臂部分之间。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，至少一个臂部分可向后部弯折到相应侧部分的上面。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该温度补偿装置包括：至少一个补偿部件，该部件在操作上连接于支承装置的各个臂，并与操作机构隔开，该补偿部件用一种材料制作，该材料的热膨胀系数不同于支承部件的热膨胀系数，因而补偿部件可以向支承装置施加力，该力的方向与环境温度变化引起的支承装置和操作机构固有的任何偏转力的方向相反。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该温度补偿装置还包括：双材料层，形成支承装置至少一个臂的至少一部分，与操作机构分开，第一材料层用一种材料形成，该材料的热膨胀系数不同于第二材料层，因而双材料层可以向支承装置施加力，从而可以抵消由于环境温度变化引起的任何偏转。
13.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该温度补偿装置还包括：支承装置的至少一个臂，该臂用第一材料形成，该材料的热膨胀系数不同于温度补偿嵌入件的热膨胀系数，该嵌入件连接于该至少一个臂，并由第二材料形成，因而两种不同的材料将响应环境温度的变化，彼此作用相反的力。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，该相反的两个力足以将操作机构材料和支承装置材料热膨胀系数的差别引起的支承装置至少一个臂的温致运动限制到不超过支承装置至少一个臂的总移动量的±7％。
15.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该温度补偿装置还包括：温度补偿部件，该部件在操作上连接于支承装置的至少一个臂，并与操作机构隔开，该补偿部件基本上延伸该至少一个臂的整个宽度。
16.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该温度补偿装置还包括：温度补偿部件，该补偿部件在操作上连接于该支承装置的至少一个臂，并配置在该至少一个臂的外表面上。
17.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该温度补偿装置还包括：温度补偿部件，该补偿部件在操作上连接于该支承装置的至少一个臂，并配置在该至少一个臂的内表面上。
18.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该支承装置还包括：
至少一个臂部分，该臂部分具有相对于一体形成的活页部分向外延伸的第一和第二端部；
至少一个温度补偿部件，该部件沿该至少一个臂的各个向外延伸端部配置。
19.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：用压力对操作机构预加载的装置。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，该预加载装置包括：螺钉，该螺钉与形成在支承装置刚性的不能弯曲的连接(web)部分中形成的螺纹孔螺纹啮合，该螺钉可调地将预加载的力传送到操作机构上。
21.如权利要求19所述的装置，还包括：用于将预加载的力会聚在操作机构上的调节座，该调节座具有曲面，该曲面用于将预加载的力仅作为压力作用在操作机构上。
22.一种设计压电操作机构的方法，包括以下步骤：
确定应用的设计要求；
利用有限元(finite element)分析设计方法，形成压电操作机构的有限元模型；
选择温度补偿嵌入件的材料；
在有限元模型上执行有限元分析；
将有限元分析的结果与设计要求进行比较；
如果不满足设计要求，则根据比较步骤改进有限元模型，并重复选择步骤、执行步骤和比较步骤，直至有限元分析的结果满足设计要求。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
确定是否能以预定的成本制造有限元模型；
重复选择步骤，执行步骤、比较步骤和确定步骤，直至有限元模型满足预定的成本值。
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