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《大位移壓電陶瓷驅(qū)動器的設計與試驗》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第卷第期功能材料與器件學報,年月二一一一文章編號大位移壓電陶瓷驅(qū)動器的設計與試驗崔艷梅,劉向鋒,高志清華大學精密儀器與機械學系,北京,。摘要針對大位移壓電陶瓷驅(qū)動器研究了壓電陶瓷雙晶片的驅(qū)動效能基于壓電陶瓷材料的逆壓,、,一片加正向電壓縮短另一片加反向電電效應應用壓電陶瓷雙晶片在機械自由電學短路狀態(tài)下壓伸長共同作用產(chǎn)生彎曲變形,通過組合設計將壓電陶瓷雙晶片的彎曲變形位移疊加起來,實現(xiàn)了壓電陶瓷驅(qū)動器的大位移輸出。在相同電壓的條件下,此壓電陶瓷驅(qū)動器的輸出位移量比疊層驅(qū),協(xié),。,可直接應動器有較大的增加達
2、結構尺寸也大大減小該驅(qū)動器不需要位移放大機構用。于有大位移要求的機構驅(qū)動關鍵詞壓電效應壓電陶瓷雙晶片驅(qū)動器中圖分類號文獻標識碼由一,一,盯,,甲,甲,,,甲,筆印一一一一收稿日期修訂日期作者簡介崔艷梅一,女,漢,河南,清華大學精密儀器與機械學系設計工程研究所碩士研究生,主要從事機械設計理論的研究通訊作者劉向鋒,副教授,一。。功能材料與器件學報卷前言會引起元件內(nèi)部正負電荷中心產(chǎn)生相對位移,從而壓電陶瓷元件產(chǎn)生應變或應力的現(xiàn)象稱為逆壓電效壓電材料是在微機械設計中常用的一種驅(qū)動器。,,、、應【因此利用壓電陶瓷
3、正壓電效應可以制作材料壓電陶瓷驅(qū)動器具有響應頻率高驅(qū)動力大、。傳感器點火器等利用壓電陶瓷逆壓電效應可以制線性度好等優(yōu)點但是壓電陶瓷驅(qū)動器的輸出位移。量小,輸出位移形式單一,在許多應用場合不能直接作驅(qū)動器此驅(qū)動器采用長方形片狀結構的,,輸出滿足各種執(zhí)行機構的運動要求,應用中常需要壓電陶瓷材料沿厚度方向極化加電壓后由于壓電,,,,以滿陶瓷的逆壓電效應一片伸長一片縮短共同作用對壓電陶瓷驅(qū)動器輸出的運動進行變換足執(zhí),。產(chǎn)生彎曲位移為使單片雙晶片的彎曲位移能夠疊行機構對驅(qū)動位移和驅(qū)動力的要求為解決壓電陶,,瓷驅(qū)動
4、器輸出位移小,輸出位移形式單一的缺點,國加起來將多個壓電陶瓷雙晶片進行組合設計形成。。大位移壓電陶瓷驅(qū)動器內(nèi)外的研究者提出了很多種設計方案歸納起來主〔’一,〕,要有多層片式陶瓷驅(qū)動機構其結構形式是給每片陶瓷片加電壓,利用軸向變形伸長輸出位壓電陶瓷雙晶片的設計與試驗分析,、、、,移其優(yōu)點結構緊湊承載力大響應快位移可重設計三種規(guī)格的壓電陶瓷雙晶片如圖尺寸復性好、體積效率高、電場控制相對簡單,但其輸出為·。,的位移量較小位移放大機構應用無機械摩壓電陶瓷雙晶片擦、無間隙、運動靈敏性高的柔性鉸鏈,可設計出精壓電陶
5、瓷雙晶片·度非常高的柔性鉸鏈一體化結構的微位移放大機壓電陶瓷雙晶片·,,,構對多層片式陶瓷產(chǎn)生的位移進行放大但是此變壓電陶瓷片厚度為表面鍍一層銀電,,,,換方法都需要較大的結構尺寸由于工作原理的關極中間用金屬層引出電極金屬層厚度為,尺寸很難進一步微,系型化在對運動進行變換的同陶瓷片與金屬層之間用能夠傳遞應力的環(huán)氧樹脂結時零件或介質(zhì)的摩擦以及結構的變形也會消耗一定構膠粘接。雙晶片結構上采用串聯(lián)、加壓方式采用,、,,的功率且放大機構和壓電驅(qū)動器的響應快體積并聯(lián)的形式陶瓷片加反向電壓陶瓷片加正向、。。,小輸出
6、力大等優(yōu)點隨著放大倍數(shù)的提高而減弱電壓電源采用專用的壓電陶瓷驅(qū)動電源加電壓步進式和沖擊式驅(qū)動機構有效地緩解后,,,,了大行程由于逆壓電效應陶瓷片伸長陶瓷片縮短,,和高分辨率的矛盾能夠在保持高分辨率的情況下產(chǎn)生的彎曲位移如圖所示中部彎曲變形為位移,,。增大微驅(qū)動器的行程理論上可以不受行程的限制輸出端這類驅(qū)動器的特點是有籍位要求,而結構復雜剛度較低因有多路信號,對控制系統(tǒng)要求高定位精度受、。、遲滯非線性影響適于高分辨率大行程的場。,合慣性式驅(qū)動機構結構簡單可高頻工作以,。、上但導向不易處理適于高分辨率大行程
7、、力小的場合。本工作采用壓電系數(shù)較大的甲壓電陶瓷材料,通過壓電陶瓷雙晶片的組合,壓電陶瓷雙晶片。來獲得大位移的驅(qū)動大位移壓電陶瓷驅(qū)動器的設計與試驗對壓電陶瓷元件施加,壓力或拉力時會引起州,壓其內(nèi)部正負電荷中心發(fā)生相對位移電陶瓷元件圖變形后壓電陶瓷雙晶片,,的表面出現(xiàn)異號極化電荷這種沒有電場的作用只為避免接觸式測量時測量力帶來的誤差,位移,是由于應變或應力在晶體內(nèi)產(chǎn)生電極化的現(xiàn)象稱。測量采用激光測微儀圖為雙晶片加不同電壓下。,為正壓電效應在壓電陶瓷元件上施加一電場時。的位移線圖期崔艷梅,等大位移壓電陶瓷驅(qū)
8、動器的設計與試驗,。一一常工作選用型環(huán)氧超強結構膠分別設一一計膠層厚為、的壓電陶瓷雙晶片,中間金屬層為厚度的被青銅,外形尺寸分別二川。二人村、戶口謅工泣三自八曰廠為、,二。電壓位移曲線如圖廠一產(chǎn)洲鄉(xiāng)才二一一們一一崢月,八曰八氣︼、,,一自勸二日豁二巴三?！⑸骋徊抛o一尹尸甲圖雙晶片的電壓位移線圖比較一一由圖可知壓電陶瓷雙晶片的位移與電壓之,間近似成線性關系位移隨壓電陶瓷雙晶片長度的羅。增加而增加圖不同粘接膠層雙晶片的電壓位移線圖壓電陶瓷雙
