压电陶瓷的性能及压电叠堆的设计计算案例
目录
压电陶瓷的性能及压电叠堆的设计计算案例1
1.1压电陶瓷的性能1
1.2压电叠堆的设计2
1.3压电堆的分析3
1.1压电陶瓷的性能
压电陶瓷具有许多优良性能，其主要的性能有介电性、弹性以及压电性等，
因此我们描述压电陶瓷的性能时通常是通过介电常数€、弹性常数C、压电常数
d以及机电耦合系数砂来描述的。
1.介电常数€
介电常数是被用来表征电介质在静电场作用下介电性质的主要参数,确定它
的方法通常是通过测量样品的电容。
|1=Ct/A(1.1)
式，C—电容，t—电极间距离，A—电极面积。
2.弹性常数C
我们可以用应力T和应变S作为参量来描述压电陶瓷的弹性行为，而如果
把压电陶瓷看成是理想的弹性体的话，那么就应该满足胡可定律：
仃｝=[C]｛S｝(1.2)
式，｛T｝一压电弹性体的应力矢量，｛S｝一压电弹性体的应变矢量，[C]
一弹性常数矩阵。
3.压电常数d
压电陶瓷有电学短路(场强为0)条件下的正压电效应自由边界条件下的逆
压电效应机种基本压电效应方程。
正压电效应：
{D}=［d］{T}(1.3)
式，{D］一电位移矢量，{T}一应力矢量，［d］一应变压电常数矩阵。
逆压电效应：
(S}=dT{E}(1.4)
式，{S}—应变矢量，{E}—电场强度矢量。
4.机电耦合系数疽
用来反映压电陶瓷机械能和电能耦合关系的参数叫做机电耦合系数，用来衡
量压电性强弱的重要指标有许多，它就是其一个，则可以把它表示为：
2通过压电效应皓换的机械能
k，=
输入的总电能
或(1.5)
12通过压电效应转换的电能
k乙—______________________
输入的总机械能
1.2压电叠堆的设计
压电叠堆在设计的驱动器主要有使钳位机构起到夹持作用和实现间筒
的驱动作用这两种作用，而这两种工作模式都可以被看作是与机械柔性结构相连
接。压电叠堆作为作动器的驱动元件有许多优点，比如它不仅可以保证比较高
的输出力，还可以做到对输出位移的精确性的保证。
在忽略非线性因素影响的前提下，压电振子的应力和电场是成线性关系的。
而因为压电振子它的位移是非常小的，所以为了能够让它达到设计任务的应用
要求，我们将很多个压电片进行烧结处理使其形成压电叠堆来实现它的位移的线
性叠加，从而能够达到设计任务要求的位移输出量。这个样子做出来的压电叠堆
它的压电片和片之间是机械串联的，然而在电学上却是并联的。这个样子的结构
因为它的响应速度和单片式的响应速度是一样的，所以它具有良好的负载能力。
当然它还有其他许多比较优良的性能，比如它的位移重复精度比较高，体积效率
也比较好，最重要的是它还可以解决掉单片式位移小的问题。
对于压电叠堆的选择并不是随意的胡乱选择的，它还要考虑到一些要求，比
如工作环境、位移要求和负载要求。首先我们先来研究一下它的位移特性: