壓電彎曲元件寬度對(duì)其特性影響的研究.pdf

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1、2011年第l期現(xiàn)代制造工程(ModemManufacturingEngineering)制造技術(shù)／I藝裝備壓電彎曲元件寬度對(duì)其特性影響的研究’鄂世舉，朱喜林，高春甫(浙江師范大學(xué)工學(xué)院，金華321004)摘要：研制了一種新型的壓電彎曲元件，元件為三層結(jié)構(gòu)，上下兩層為壓電陶瓷材料PZT．5H，中間彈性層為鈹青銅。利用激光測(cè)試儀LC-2400A及LV．1610對(duì)壓電彎曲元件的輸出位移、位移滯環(huán)、蠕變量及基頻等特性進(jìn)行測(cè)量。對(duì)壓電彎曲元件的寬度尺寸與其靜、動(dòng)態(tài)特性之間的關(guān)系進(jìn)行分析，得出壓電彎曲元件的寬度參數(shù)對(duì)其靜、動(dòng)態(tài)特性影響較小，且沒(méi)有明顯的影響規(guī)律。關(guān)鍵詞：壓電彎曲元件；寬度特性；

2、實(shí)驗(yàn)研究中圖分類(lèi)號(hào)：THl6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：167l_3133(2011)01--0078----04ResearchonthewidthcharacteristicsofpiezoelectricbendelementEShi-ju。ZHUXi．1in．GA0Chun．fu(CollegeofEngineering，ZhejiangNormalUniversity，Jinhua321004，Zhejiang，China)Abstract：Developedanewtypeofpiezoelectricbenderwiththree—plystructure．Be·Cuisc

3、hosenfortheelasticinterlayerandFZT一5Haspiezoelectriclayersonbothsides．Thecharacteristicsofpiezoelectricbenderincludingtheoutputtingdisplacement，thedisplacementhystereticloop，creepandthebasicfrequencyareinvestigatedbylasermeasurelaserdistancemeasuringinstrumentLC-2400AandLV．1610．Therelationbetwe

4、enthewidthofpiezoelectricbenderanditsstaticanddynamiccharacteristicsisariaotyzed．ItCallbeconcludedthattheinfluenceofthewidthofpiezoelectricbenderuponitsstaticanddynamiccharacteristicsissmaller，andhavenoobviousinfluenceregulation．Keywords：piezoelectricelement；widthcharacteristics；experimenttestr

5、egearchO引言壓電彎曲元件的特性與其結(jié)構(gòu)尺寸、制作工藝、壓電及彈性層材料及控制方式等因素有關(guān)。本文結(jié)合新研制的一種壓電彎曲元件，實(shí)驗(yàn)測(cè)試及分析了壓電彎曲元件的寬度尺寸對(duì)其特性的影響，目的在于為壓電彎曲元件的設(shè)計(jì)及使用提供原則；同時(shí)，利用本文的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，有利于對(duì)壓電彎曲元件的理論位移方程進(jìn)行修正。1壓電彎曲元件的工作原理由壓電陶瓷品片構(gòu)造而成的壓電執(zhí)行器一般稱(chēng)為壓電彎曲元件‘11。壓電執(zhí)行器因制作方式(指壓電陶瓷晶片的極化方向與外加電場(chǎng)的關(guān)系)的不同，而有不同的型式。壓電彎曲元件是放大位移的一種常用方式，其原理為杠桿放大，壓電彎曲元件的杠桿放·浙江省錢(qián)江人才項(xiàng)目資助(2009

6、R10010)78大原理如圖1所示。圖1壓電彎曲元件的杠桿放大原理當(dāng)壓電陶瓷晶片伸長(zhǎng)變形時(shí)，迫使與之緊密粘接的彈性放大桿(一般為金屬)彎曲并在端部獲得放大了的位移6【l-2J?；谑褂靡螅紤]壓電彎曲元件的位移輸出、強(qiáng)度、剛度及壽命等因素，本文設(shè)計(jì)了一種三層結(jié)構(gòu)的壓電彎曲元件，如圖2所示，其中上、下兩層為壓電陶瓷晶片，中間層為鈹青銅。根據(jù)引線方式的不同，壓電彎曲元件又可分為串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種。當(dāng)施加相同的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，作用于單個(gè)壓電陶瓷鄂世舉，等：壓電彎曲元件寬度對(duì)其特性影響的研究2011年第1期圖2三層結(jié)構(gòu)的壓電彎曲元件晶片上的電壓，串聯(lián)型的為并聯(lián)型的一半。壓電彎曲元件的特性與其結(jié)

7、構(gòu)尺寸、制作工藝、壓電及彈性層材料及控制方式等因素有關(guān)口J。本文實(shí)驗(yàn)測(cè)試及分析了新研制的壓電彎曲元件寬度尺寸對(duì)其特性的影響，目的在于為壓電彎曲元件的正確設(shè)計(jì)及使用提供原則。2實(shí)驗(yàn)裝置壓電彎曲元件性能實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。圖3壓電彎曲兀件性能實(shí)驗(yàn)裝置圖3a所示為靜態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源及激光測(cè)試儀等組成。其中，激光測(cè)試儀型號(hào)為L(zhǎng)C-2400A，測(cè)量頭型號(hào)為L(zhǎng)C-2430，測(cè)量的范圍為一500一+500斗m，分辨率為0．02斗m。圖3b所示為動(dòng)態(tài)測(cè)試