众所周知,压电陶瓷不能承受拉力,而在实际应用中往往无法避免拉力的存在,因此在压电机械结构中通常会采取加载预紧力的方式来抵抗拉力。封装压电陶瓷参数表中列出的拉力值大概是负载力的百分之十左右。
即使常规操作也要保持压电陶瓷在“安全”的拉力范围内,任何意外的机械或者电过载(外部震动撞击或者非常规的信号)都会损坏压电陶瓷。
压电陶瓷主要是作为推进器:采用机械预载力来保持陶瓷始终处于压缩的状态。预紧系统大多是被动力存储原则,例如机械压力,液压或者气动弹簧。
1.预紧系统设计原则与预紧力加载方式
预紧系统设计基本原则
※预紧力不应损失压电陶瓷的位移,预紧刚度应该非常低,应为陶瓷刚度的百分之几。
※预紧力应该足够高以加速负载快速回弹,从而避免陶瓷受到拉力。动态操作使用时需控制动态力小于预紧力,动态力可由以下公式算得。
注意:机械预紧不应该只考虑常规操作时候的力平衡,而且还需要考虑外部的震动。
预紧力加载方式
※ 内部预紧
预紧机构装入封装型压电陶瓷,外部可以承受的拉力不可以超过其预紧力。外部机械的动态循环操作会导致负载力发生变化,结合点需要稳妥的设计以对抗疲劳以及后坐力。
※外部预紧
机械预紧是通过弹簧施加到陶瓷上的。整体的结构处于压缩负载下,在动态循环的过程中无其他方向力产生,避免了后坐力。
※ 分体式预紧
执行两个预紧机构:
1.压电陶瓷独立的预紧VS1作用是在非常规大拉力条件下保护压电陶瓷(系统内),这种情况陶瓷和机械部件可以分散拉力,VS1保持陶瓷完好无损。
2.系统预紧VS2可以根据驱动情况保持比较低。 这个装置优势为压电机械系统具有很高的负载能力,陶瓷和机械之间的的结合只有压缩力。
※ 主动预紧/重置
取代了陶瓷被动弹簧组合,而是采用两个致动陶瓷相互补偿(不同驱动),整个系统安装在具有比较高的静态刚度机械框架内。 主动预紧系统被定义为对称推拉系统,即使是在高动态使用情况下静态预紧力仍可以保持很低,因此可以承受更高的外部负载。 与被动回弹系统相比,主动预紧优势为:
1. 温度漂移的补偿。
2. 更高带宽。
即使同时驱动两个压电陶瓷,整体的功率消耗非常低。总之,主动负载系统整体的效能比传统的简单驱动更高。
2.芯明天精密压电产品预紧力
芯明天封装压电陶瓷的预紧力
芯明天封装型压电陶瓷内部具有预紧力,标准的预紧力大概是10%-20%负载力,这个设计适用于大多数应用。加载预载力的压电陶瓷带有壳体,在操作上和使用环境上比叠堆压电陶瓷更皮实耐用。
根据需求,芯明天提供的封装型压电陶瓷可以增加预紧甚至可以实现推拉力平衡。芯明天标准封装压电陶瓷的预紧力可以达到6000N,推力50000N。
芯明天纳米定位台产品的预紧力
芯明天的纳米定位台产品具有预紧力,可以承受的拉力可达240N,适用于光学扫描等动态应用。
芯明天压电机构具有预紧力
芯明天压电机械结构类产品均具有预紧力,可以承受一定的拉力,配套芯明天大功率压电控制器可带动大负载进行动态操作。
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