张铁民, 梅 园, 王英智, 杨汶泊

(华南农业大学工程学院 广州,510642)

引 言

微致动器被广泛应用于光学、微电子、微机器人、生物医学、航空航天技术、超精密机械制造和基因工程等领域[1-2]。压电致动器是发展较成熟的一种微致动器,具有体积小、输出力大、响应快和分辨率高等优点,被成功应用于许多高精度系统[3-5]。根据激励的驱动方式不同,压电致动器分为非谐振直流激励和谐振交流激励两种类型。非谐振直流激励型压电致动器利用压电元件的微小伸张来实现高分辨率运动,具有高速度和高可靠性[6],例如尺蠖型(蠕动型)[7-8]、惯性冲击型[9]、黏滑型(惯性-摩擦型)[10-11]以及压电微位移驱动器。谐振交流激励型压电致动器是对压电驱动部件加载一个与机体理想共振模态相同频率的交流电压进行激励,从而达到谐振放大的效果,使得致动器位移量增大,例如超声电机[12-13]和超声换能器[14]。然而,非谐振直流激励型或谐振交流激励型的变形量都比较小,限制了压电致动器的应用[15]。因此,开发具有较大变形量的新型致动器较为迫切。

笔者用Cymbal压电叠堆替换普通压电叠堆并作为驱动,分析比较了夹心式兰杰文振子在d31,d33和d153种致动模式下的动静耦合激励效果,提出了基于d15动静耦合激励的新型压电致动器。

1 理论计算和结构设计

压电陶瓷片的原始频率比较高,当频率降到50 k Hz以下时,厚度需超过4 cm。为了降低致动器的共振频率,使其工作时处于谐振状态,以夹心式换能为机理,根据频率方程计算致动器的各尺寸大小。……