压电弯曲元件宽度对其特性影响的研究.pdf

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1、2011年第l期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)制造技术／I艺装备压电弯曲元件宽度对其特性影响的研究’鄂世举，朱喜林，高春甫(浙江师范大学工学院，金华321004)摘要：研制了一种新型的压电弯曲元件，元件为三层结构，上下两层为压电陶瓷材料PZT．5H，中间弹性层为铍青铜。利用激光测试仪LC-2400A及LV．1610对压电弯曲元件的输出位移、位移滞环、蠕变量及基频等特性进行测量。对压电弯曲元件的宽度尺寸与其静、动态特性之间的关系进行分析，得出压电弯曲元件的宽度参数对其静、动态特性影响较小，且没有明显的影响规律。关键词：压电弯曲元件；宽度特性；

2、实验研究中图分类号：THl6文献标志码：A文章编号：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引言压电弯曲元件的特性与其结构尺寸、制作工艺、压电及弹性层材料及控制方式等因素有关。本文结合新研制的一种压电弯曲元件，实验测试及分析了压电弯曲元件的宽度尺寸对其特性的影响，目的在于为压电弯曲元件的设计及使用提供原则；同时，利用本文的实验测试结果，有利于对压电弯曲元件的理论位移方程进行修正。1压电弯曲元件的工作原理由压电陶瓷品片构造而成的压电执行器一般称为压电弯曲元件‘11。压电执行器因制作方式(指压电陶瓷晶片的极化方向与外加电场的关系)的不同，而有不同的型式。压电弯曲元件是放大位移的一种常用方式，其原理为杠杆放大，压电弯曲元件的杠杆放·浙江省钱江人才项目资助(2009

6、R10010)78大原理如图1所示。图1压电弯曲元件的杠杆放大原理当压电陶瓷晶片伸长变形时，迫使与之紧密粘接的弹性放大杆(一般为金属)弯曲并在端部获得放大了的位移6【l-2J。基于使用要求，考虑压电弯曲元件的位移输出、强度、刚度及寿命等因素，本文设计了一种三层结构的压电弯曲元件，如图2所示，其中上、下两层为压电陶瓷晶片，中间层为铍青铜。根据引线方式的不同，压电弯曲元件又可分为串联型和并联型两种。当施加相同的驱动电压时，作用于单个压电陶瓷鄂世举，等：压电弯曲元件宽度对其特性影响的研究2011年第1期图2三层结构的压电弯曲元件晶片上的电压，串联型的为并联型的一半。压电弯曲元件的特性与其结

7、构尺寸、制作工艺、压电及弹性层材料及控制方式等因素有关口J。本文实验测试及分析了新研制的压电弯曲元件宽度尺寸对其特性的影响，目的在于为压电弯曲元件的正确设计及使用提供原则。2实验装置压电弯曲元件性能实验装置如图3所示。图3压电弯曲兀件性能实验装置图3a所示为静态测试实验系统，由压电陶瓷驱动电源及激光测试仪等组成。其中，激光测试仪型号为LC-2400A，测量头型号为LC-2430，测量的范围为一500一+500斗m，分辨率为0．02斗m。图3b所示为动态测试