基于雙壓電晶片的噴嘴擋板伺服閥

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1、Vol.27No.1Feb.2005第27卷第1期壓電與聲光2005年2月PIEZOELECTRICS&ACOUSTOOPTICS_丄，>文章編號:1OO4-2474(2OO5)OPOO27-O3基于雙壓電晶片的噴嘴擋板伺服閥曲興田，楊志剛，吳博達(dá)，吳玉魁,周淼磊（吉林大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長春130025）*要:研究了一種基于雙壓電晶片的噴嘴擋板式伺服閥，給出了雙壓電晶片的噴嘴擋板式伺服閥的基本機(jī)構(gòu)?對雙壓電晶片在不同頻率、介質(zhì)、基板尺寸及晶片厚度下的變形情況進(jìn)行了深入的分析，并通過試驗(yàn)初步驗(yàn)證了雙壓電晶片噴嘴擋板式伺服閥的相關(guān)性能，給出了流量、壓力特性

2、曲線，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析,得出了相關(guān)的結(jié)論.關(guān)鑲詞:雙壓電晶片;噴嘴擋板式伺服閥;流量特性;壓力特性中圖分類號:TH137.33文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ANozzle-flapperValveBasedonPiezoelectricBimorphQUXing-tian,YANGZhi-gang9WUBo-da9WUYu-kui9ZHOUMiao-lei(CollegeofMechanicalScience&Engineering>JilinUniversity,Changchun130025,China)Abstract:Descriptionofanozzle-flap

3、pedvalvebasedonpiezoelecticbimorphtincludingitsbasicstructure>isgiveninthispaper.Deformationsofpiezoelectricbimorphsareanalyzedundervariousfrequencies9invariousmedia?withdifferentsizebaseplatesandthicknessofpiezoelectricbimorph.Performanceofthenozzle-flapperbasedonpiezoelectricbimor

4、phisverifiedthroughexperiments.Theflowcharacteristiccurveandthepressurecharacter-isticcurveareprovided?Relevantconclusionsaregainedthroughtheanalysisofresultsfromtheexperiments-Keywords:piezoelectricbimorph；nozzle-flappervalvejflowcharacteristic；pressurecharacteristic收積日期：2003-04-29著

5、金頊目：國家“八六三”基金資助項(xiàng)目（2001AA423270）作者筒介:曲興田（1962J,勇，長春市人,劇教授，殞士，主要從事壓電驅(qū)動(dòng)技術(shù)與控制技術(shù)的研究.早期的壓電驅(qū)動(dòng)主要用于功能單一的開關(guān)閥中,特別是在高速.精密的氣體控制中獲得了良好的應(yīng)用.壓電驅(qū)動(dòng)型電液伺服閥最早出現(xiàn)于1989年（日本）,這是以PZT雙晶片代替雙噴嘴擋板式電液伺服閥動(dòng)圈馬達(dá)的擋板結(jié)構(gòu)?1992年后日本出現(xiàn)了以壓電疊堆為驅(qū)動(dòng)力源的單級直動(dòng)式伺服閥。當(dāng)時(shí)的主要冋題是壓電體變形過小，因而能控制的流董極小，同時(shí)由于PZT材料固有的遲滯效應(yīng)較大（15%?20%）,而單純顫振技術(shù)的解決效果有限，致使

6、伺服閥整體的滯環(huán)大于10%,重現(xiàn)性不好，影響了反應(yīng)速度與精度的提高.這些缺點(diǎn)限制了壓電伺服閥的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用.2002年，美國加利福尼亞州CSA機(jī)構(gòu)的JasonE.Lindler和EricH.Anderson研制出壓電直接驅(qū)動(dòng)式的伺服閥，通過其放大閥芯的位移達(dá)300pm,在約10MPa的壓力下流量約為9L/min,頻寬達(dá)300Hz,由于該閥的流量及壓電位移的放大倍數(shù)較大，因此影響了整個(gè)壓電驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)性能，使得頻寬不能進(jìn)一步提高.國外對于壓電伺服閥的研究也只處于實(shí)驗(yàn)階段，各項(xiàng)性能指標(biāo)尤其是壓電體位移放大機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性有待于提高，采用合理的結(jié)構(gòu)形式及有利于提高頻

7、寬的控制策略?目前國內(nèi)對于壓電伺服閥的研究尚無報(bào)道?由于軍工及其他方面對高速精密電液伺服閥的需求越來越強(qiáng)烈，又由于國外對高技術(shù)與國防貿(mào)易法的限制，我國還不能直接從日.美、德等國家購買，這使得自主開發(fā)我國高速精密的電液伺服閥顯得尤為重要。壓電雙晶片是一種應(yīng)用廣泛的壓電陶瓷元件,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于聲學(xué)檢測、超聲馬達(dá)、加速度器、激光束偏轉(zhuǎn)器、自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)等方面近年來,又應(yīng)用于微型機(jī)械、微型機(jī)器人和微控制器中。利用雙晶片可通過一個(gè)非機(jī)械量的輸入信號而產(chǎn)生所需的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)要求.28壓電與聲光2005年1力矩馬達(dá)雙噴嘴擋板伺服閥的基本結(jié)構(gòu)圖1為電磁式力矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電液

8、伺服閥的工作壓電晶片的變