压电陶瓷直线驱动器的设计与实验研究

李龙土¹，褚祥诚¹，陈翔宇¹

(1.清华大学,新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京,100084)

摘要:提出一种新型的可直线运动的压电陶瓷驱动器.驱动器选用圆环形的压电陶瓷(PZT4),其外径10 mm,内径4.5 mm,厚0.8 mm,陶瓷表面均匀分成4个扇形电极区,以"正、正、负、负"沿厚度方向极化.该驱动器定子采用棒板结合式结构,一个中轴的两端分别连接了两个对称的圆形平板,圆板与中轴相互垂直.两片陶瓷分别粘接在定子的两圆形平板外侧,对定子激振形成两圆平板的交替式跨步直线运动.驱动器整体外径12 mm,长度10.6 mm.采用有限元方法对驱动器的运动模态进行了仿真,通过谐响应分析计算了驱动器在X向和Y向的振幅,分析了驱动器的运行原理.实验结果表明:驱动器最佳工作频率在13.15 kHz左右,驱动电压100 Vo-p时驱动器的最高运行速度为34 mm/s.该驱动器在小载荷、高精度精密定位等场合具有很好的实用化前景.

关键词:直线驱动器; 压电陶瓷; 有限元分析; linear actuator; piezoelectric ceramic; FEA;

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