褚祥诚
,
李龙土
材料导报
压电陶瓷声马达是一种利用压电陶瓷基片或薄膜、电致伸缩材料等功能部件实现驱动的新型驱动器,它不同于传统的电磁马达和静电马达,国外已经在精密仪器、航天航空、自动控制、办公自动化、微型机械系统、微装配、精密定位等领域得到了实际应用.总结了国际上压电陶瓷声马达的最新研究内容及成果,并提出进一步开发研究的几点建议,这对我国压电陶瓷声马达的研究以及相应产品的开发将起到积极的促进作用.
关键词:
超声马达
,
压电陶瓷
,
驱动器
褚祥诚
,
黄金锭
,
李思贤
,
李龙土
,
桂治轮
稀有金属材料与工程
压电陶瓷具有简单、体积小、质量轻、分辨率高等优点,在微操作器驱动中是主流材料.针对一种三自由度多层压电陶瓷微操纵技术进行了理论模拟研究,采用有限元法分析了操纵器在不同驱动方式下的工作状态,如:沿Z轴平动、绕X轴和X-Y轴平分线转动3种情况.研究了陶瓷片内部应力特点,并对微操纵的变形行为作了定量分析,得到了探针的位移与驱动电压呈现良好的线性关系,通过对比针尖位移量与所施加的电压之间的系数D以及压电材料关键性能参数d33,验证了模拟的准确性,并验证了采用多层压电陶瓷降低驱动电压实现微操纵的可能.
关键词:
微操纵器
,
压电陶瓷
,
多自由度
,
有限元分析
邬军飞
,
褚祥诚
,
季叶
,
钟亮
,
李龙土
稀有金属材料与工程
设计了一种小型方柱弯曲旋转压电超声电机,即摇头式压电陶瓷超声电机.该电机采用带圆孔的金属方柱作为电机的定子部分,并在方柱的4个垂直表面分别粘贴沿厚度方向极化的压电陶瓷片,其外形尺寸小于6 mm×6 mm×10 mm.利用有限元分析软件ANSYS对电机的工作模态进行了模拟计算,得到金属方柱定子的一阶弯曲振动频率为125.5 kHz;并对其工作状态进行了谐响应分析,得到X(Y)向、Z向振幅,由此计算得到定、转子之间的最优接触角,约为24.5°.采用激光多普勒测振仪(Polytec 300-F)测量了电机的振动谱特性,测得一阶弯曲振动发生在129.6 kHz处,并观察到两个节面位于全长的1/4及3/4处,实验与有限元仿真结果基本一致.讨论了不同厚度陶瓷片及金属方柱圆孔孔径大小对电机输出特性的影响,确立了小型方柱电机的尺寸设计标准.
关键词:
超声电机
,
摇头式
,
方柱
,
振动模态
,
有限元
王保卫
,
褚祥诚
,
李恩竹
,
李龙土
,
桂治轮
稀有金属材料与工程
无铅压电陶瓷是压电材料中一个重要的研究方向,为了能够取代目前广泛应用的含铅材料,需要进一步提高无铅陶瓷材料的各项性能,尤其是压电性能.BNT-BZT系陶瓷是钛酸铋钠(BNT)和锆钛酸钡∞ZT)两相形成的固溶体,在BNT-BZT陶瓷体系中,富BNT和低Zr含量的区域存在准同型相界,在相界附近可以得到性能优良的无铅压电陶瓷,其性能d33大约150 pC/N,居里温度在240 ℃左右,介电常数大约900.在BNT-BZT相界点处掺杂K离子,研究了K改性的BNT-BZT体系陶瓷的微观结构与性能.实验结果表明,d33达到165 pC/N;居里温度达到270℃;烧结中出现了玻璃相,预烧温度和烧结温度相对于原体系都有适当降低.
关键词:
无铅压电陶瓷
,
钛酸铋钠
,
锆钛酸钡
,
改性
王保卫
,
褚祥诚
,
李恩竹
,
李龙土
,
桂治轮
稀有金属材料与工程
研究(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-xBa(Ti0.95Zr0.05)O3(BNT-BZT)体系陶瓷的准同型相界,以及陶瓷材料的微观结构和性能之间的关系.BNT-BZT陶瓷体系在富BNT和Zr含量低的区域存在准同型相界,在相界附近可能得到性能优良的无铅压电陶瓷,相界点在x≈0.1这个区域内.将BNT陶瓷和BZT陶瓷固溶后能够得到d33大于150 pC/N,居里温度在240℃左右,介电常数在900左右的性能良好的无铅压电陶瓷.
关键词:
无铅压电陶瓷
,
钛酸铋钠
,
锆钛酸钡
,
准同相界
褚祥诚
,
邬军飞
,
徐之涵
,
李龙土
稀有金属材料与工程
低温共烧多层压电陶瓷变压器具有体积小、转换效率高、升压比高、无电磁辐射等优点,是传统电磁变压器在小功率仪器设备上理想的替代品.采用Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb(ZrTi)O_3低烧瓷料,通过干法流延多层叠印技术制备出高性能多层压电陶瓷变压器样品,内电极银钯浆配比7:3.利用Polytec300-F扫描激光测振仪测试了多层压电陶瓷变压器沿长度伸缩振动的位移和模态.通过对压电变压器振动性能和升压比的测试,研究了器件性能衰减及疲劳特性.
关键词:
多层压电陶瓷变压器
,
共烧
,
疲劳
,
振动模式
陈翔宇
,
褚祥诚
,
李龙土
稀有金属材料与工程
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
杨晴
,
褚祥诚
,
李龙土
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2010.z2.016
基于课题组早期研究的转速可达10000r/min,响应时间小于1ms的棒板结合式压电电机的启发,设计并制备了一种扩展结构的用于光学模组变焦的螺纹压电驱动器,它同时具备响应时间短的特点.本压电驱动器采用筒板结合式的定子结构,在B11工作模态下通过定子圆筒内螺纹将运动传递给转子,单层压电陶瓷粘贴在定子板上驱动电机运转.本研究利用有限元法分析了电机定子的工作模态和谐响应,利用红外多普勒激光测振仪测量了电机在不同频率下定子的微观振动,实验验证了理论预测并证明了这种结构简单紧密的压电驱动器的可行性.电机运行实验验证了该电机具有响应时间短、电机转速合适、定位精确等优点,适合用于光学调焦领域.
关键词:
螺纹驱动压电电机
,
光学变焦
,
有限元分析
,
激光振动测试
