王瑞锋 王亮 贾博韬 金家楣 张泉 吴大伟

摘要： 提出了一种新型贴片式扭振压电作动器，采用沿厚度方向极化的方形压电陶瓷片，通过特殊的布置方式来激发矩形梁结构的扭转振动。该压电作动器通过不同的激励方式，可以激发出奇数阶和偶数阶扭转振动，具有结构简单、紧凑、易于加工和安装等特点。为了验证所提出的扭振压电作动器设计方案和工作原理的正确性，建立了理论模型，并采用有限元方法对其进行了动力学特性仿真分析，通过实验对原理样机进行了振动特性测试和动力学行为研究。结果表明，理论模型计算结果、有限元仿真计算结果和实验测试结果基本一致，验证了所提出的压电作动器设计方案的可行性和工作原理的正确性。

关键词： 扭振压电作动器; 动力学特性; 扭转振动; 贴片式; 谐响应

中图分类号： TH113.1    文献标志码： A    文章编号： 1004-4523（2021）03-0481-09

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2021.03.005

引 言

作动功能的压电作动器是利用压电材料的逆压电效应实现电能转化为机械能的器件[1]。根据振动模式，压电作动器通常分为纵向振动（纵振）、弯曲振动（弯振）、扭转振动（扭振）以及复合振动压电作动器四类。其中，扭振压电作动器广泛应用于超声电机[2?4]、压电传感器[5]、超声钻孔[6]、超声拉丝[7]、超声焊接[8?10]、深滚压加工[11]、超声喷涂[12]和微滴生成[13?14]等领域。

扭振压电作动器根据压电陶瓷片的安装方式和激励模式，可以分为夹心式和贴片式两种类型。夹心式扭振压电作动器是利用螺栓在一定预紧力的作用下将d15或d33振动模式的压电陶瓷片固定安装在两块弹性体的中间构成“三明治”结构。……