螺旋叉指電極的壓電圓盤扭轉(zhuǎn)致動(dòng)器及其應(yīng)用研究.pdf

1、目前，壓電材料是智能材料結(jié)構(gòu)中使用最為廣泛的材料之一。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器也一直是這一領(lǐng)域內(nèi)的最熱門的科研內(nèi)容之一。2008年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的科研人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究，首次制造出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工，且扭轉(zhuǎn)角度大的螺旋電極式壓電纖維扭轉(zhuǎn)致動(dòng)器。在該壓電纖維扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的啟發(fā)下，我們希望能夠研制出一種能夠提供扭轉(zhuǎn)壓電圓盤致動(dòng)器。根據(jù)壓電纖維結(jié)構(gòu)的變形轉(zhuǎn)換原理，基于壓電陶瓷圓盤的扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)成為這一課題的首要任務(wù)。
　　 本文提出了

2、一種表面螺旋叉指型電極的壓電圓盤扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)。以等間距螺旋電極為例，根據(jù)應(yīng)變變換原理，分析了這種扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的變形原理，建立起這種扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型。利用數(shù)學(xué)解析法推導(dǎo)出扭轉(zhuǎn)變形的表達(dá)式，指出這種壓電圓盤驅(qū)動(dòng)器可以提供較大的扭轉(zhuǎn)變形，并詳細(xì)分析了扭轉(zhuǎn)變形量與電極螺旋角之間的關(guān)系。
　　 為了進(jìn)一步了解這種類似交叉指型電極的螺旋表面電極對(duì)驅(qū)動(dòng)器性能的影響，利用有限元分析軟件ANSYS，詳細(xì)分析了圓盤表面的電場(chǎng)分布特點(diǎn)，指出實(shí)

3、際電場(chǎng)與數(shù)學(xué)模型之間的差異及其造成的影響，并以此修正了數(shù)學(xué)解析結(jié)果中的扭轉(zhuǎn)變形表達(dá)式，指出在實(shí)際情況下，在有效區(qū)域中間位置處的螺旋角為45°時(shí)，該致動(dòng)器可以產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)角.利用直徑33mm、厚度0.2mm的壓電陶瓷圓盤制作出螺旋交叉指型電極扭轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器樣品。利用多普勒測(cè)振儀和激光反射法測(cè)試了其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)變形的基本特性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這種驅(qū)動(dòng)器具有優(yōu)良的特性。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓為1000V時(shí)，其靜態(tài)扭轉(zhuǎn)角可達(dá)到0.0052°；在225.6 kH