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聯系我們CAMOZZI康茂勝單晶執行器詳解
電單晶執行器(Circular piezoelectric unimorph actuator, CPUA)由圓形壓電陶瓷片通過環氧樹脂粘結在金屬基層上構成,由于結構簡單、輸出位移相對較大,在采用壓電執行器作為力或位移發生器的領域得到廣泛應用。
CAMOZZI康茂勝單晶執行器詳解 為對圓形壓電單晶執行器以及基于圓形壓電單晶執行器的系統進行性能預測和/或結構優化,建立其分析模型是關鍵。由于粘結層相對壓電層和基層很薄,很多圓形壓電單晶執行器模型只考慮了壓電陶瓷晶片和基層,忽略了粘結層。如果在建模的過程中考慮粘結層應該能更模擬圓形壓電單晶執行器的撓度變形。 本文利用圓形薄板小撓度彎曲理論建立了固支邊部分覆蓋圓形壓電單晶執行器在作用電壓控制下的撓度數學模型,在建模過程中將粘結層作為單*層考慮。根據建立的數學模型,分析了電壓、壓強及圓形壓電單晶執行器的幾何參數和材料特性對其撓度的影響。建立了實驗裝置對圓形壓電單晶執行器靜態和動態撓度進行了測試。根據本文建立的模型以圓形壓電單晶執行器變形體積zui大為目標對圓形壓電單晶執行器的幾何結構進行了優化。
1.利用圓形薄板小撓度彎曲理論、壓電本構方程和軸對稱的平衡方程建立了固支邊部分覆蓋圓形壓電單晶執行器在作用電壓控制下的撓度數學模型,在建模過程中將粘結層作為單*層考慮。 2.根據建立的數學模型,分析了作用于圓形壓電單晶執行器的電壓、壓強及圓形壓電單晶執行器的幾何參數和材料特性對其撓度的影響。當圓形壓電單晶執行器結構一定時,改變作用電壓或壓強可得到圓形壓電單晶執行器不同的撓度,且圓形壓電單晶執行器的中心撓度與作用電壓和壓強成正比;當壓電層和基層的半徑比在0.85-0.9左右時圓形壓電單晶執行器中心撓度達到zui大值,圓形壓電單晶執行器變形zui大;粘結層與基層厚度比越小,圓形壓電單晶執行器撓度越大,實際設計圓形壓電單晶執行器時,為了得到較大的撓度,可以在不影響壓電層和基層的粘結的情況下減小粘結層的厚度;粘結層的柔性系數對圓形壓電單晶執行器撓度影響很小,在優化設計圓形壓電單晶執行器時可以不考慮粘結層的柔性系數。 3.建立了實驗裝置并對兩種半徑比的圓形壓電單晶執行器的靜態和動態撓度進行了測試。實驗結果表明由建立的模型預測的圓形壓電單晶執行器的靜態撓度與實際測得值吻合,比忽略粘結層的模型更,相對zui大誤差zui多可減小8.45%;忽略粘結層影響的情況下部分覆蓋圓形壓電單晶執行器撓度模擬誤差明顯大于半覆蓋圓形壓電單晶執行器撓度模擬誤差;由于未考慮壓電陶瓷的遲滯特性,本文建立的模型在預測圓形壓電單晶執行器的動態特性時存在較大誤差,需進一步研究。 4.根據本文建立的圓形壓電單晶執行器的撓度模型,以圓形壓電單晶執行器變形體積zui大為目標對圓形壓電單晶執行器的幾何結構運用遺傳算法進行了優化。優化結果表明,當基層半徑一定時,壓電層和基層的半徑比為0.865,壓電層、粘結層和基層的厚度為允許值的zui小值時,圓形壓電單晶執行器變形體積zui大。 本文的研究工作對圓形壓電單晶執行器以及基于圓形壓電單晶執行器的系統進行性能預測和/或結構優化奠定了理論基礎。
