什么是壓電陶瓷剛度，它的作用是什么

壓電陶瓷可以被描述成具有恒定剛度系數(shù)的機(jī)械彈簧。剛度對(duì)于壓電陶瓷的諧振頻率和出力特性起著非常重要的作用。

陶瓷剛度與它的橫截面積A成正比，陶瓷剛度隨著陶瓷長(zhǎng)度L0的增加而降低。例：橫截面積5×5mm2，長(zhǎng)度為9mm的剛度為

橫截面積不變，長(zhǎng)度變?yōu)?8mm，剛度則變?yōu)?0N/μm。如果致動(dòng)器的橫截面積為10mm×10mm，長(zhǎng)為18mm時(shí)，則剛度值為240N/μm。但是以上的公式不能完全反饋實(shí)際情況，因?yàn)閯偠冗€取決于如何使用（動(dòng)態(tài)、靜態(tài)操作），環(huán)境（負(fù)載、供電參數(shù)、小信號(hào)或大信號(hào)操作），這樣可以改變兩個(gè)或者更多的因素，因此這時(shí)候的公式僅能粗略的給出預(yù)期的性能。

然而實(shí)際情況下剛度還受到其他方面因素的影響，比如電極是如何連接的。如果電極沒(méi)有連接，那么能量沒(méi)有辦法消耗，這時(shí)候剛度具有最大值。

如一個(gè)10mm×10mm×20mm的壓電陶瓷電極未短路時(shí)，剛度值約為450N/μm，而電極短路后，剛度值約為200N/μm。這是因?yàn)闄C(jī)械的壓力會(huì)產(chǎn)生電荷負(fù)載，在電極短路時(shí)，電荷可以流動(dòng)，從陶瓷塊中消除。而在開(kāi)路的情況下電荷保持在陶瓷中積累，機(jī)械操作使得電極處產(chǎn)生電壓，這個(gè)相當(dāng)于壓電陶瓷內(nèi)部產(chǎn)生了電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)使得壓電陶瓷穩(wěn)定，阻礙其壓縮，因此開(kāi)路時(shí)剛度較大。

結(jié)論：A方式引線短接，相當(dāng)于電壓控制，機(jī)械產(chǎn)生的電荷相對(duì)流動(dòng)來(lái)保持壓電陶瓷兩端的電壓恒定，電荷被消耗。B方式引線開(kāi)路，理論上相當(dāng)于電荷或電流控制，機(jī)械力產(chǎn)生的電荷存留在壓電陶瓷內(nèi)，壓電陶瓷電壓隨著負(fù)載力的變化而變化。?開(kāi)路電流控制的優(yōu)勢(shì)主要在于動(dòng)態(tài)位移控制。更大的系統(tǒng)剛度可以通過(guò)閉環(huán)位置控制獲得，相較于閉環(huán)控制，開(kāi)路電流控制的響應(yīng)速度更快。

封裝壓電陶瓷的剛度

參數(shù)表里的剛度數(shù)值是移動(dòng)端受力損失的位移，通過(guò)移動(dòng)端或前端殼體外螺紋與外部機(jī)械結(jié)構(gòu)連接后，整體的剛度降低，因?yàn)榱Φ膫鬏敯颂沾珊蜌んw，在理論分析時(shí)需要將這一點(diǎn)考慮進(jìn)去。系統(tǒng)整體的剛度取決于所有的機(jī)械部分：比較弱的點(diǎn)經(jīng)常是設(shè)計(jì)中連接結(jié)合點(diǎn)。

放大機(jī)構(gòu)促動(dòng)器的剛度

機(jī)構(gòu)放大式結(jié)構(gòu)促動(dòng)器整體的剛度會(huì)降低。出力約為壓電陶瓷出力的1/n，整體的剛度降低到大約1/（n×n） (基于陶瓷的原始參數(shù))，n為機(jī)構(gòu)放大倍數(shù)。

**參數(shù)表里的剛度數(shù)值是小信號(hào)電壓控制下測(cè)得的，一定要注意剛度有±20%的公差，參數(shù)表里的數(shù)值只用于理論分析。

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