Расчет характеристик пьезоэлемента ультразвукового двигателя


https://doi.org/10.7463/rdopt.0416.0847731

Полный текст:


Аннотация

Современная тенденция миниатюризации исполнительных элементов для различных электронных устройств приводит к ужесточению требований к габаритно-весовым параметрам электродвигателей, вибрационных элементов и т.п.

Дальнейшее уменьшение объема электромагнитных двигателей уже не представляется возможным, поэтому на первый план выходят электромеханические преобразователи, в основе которых лежит пьезоэффект. Изменение габаритов пьезоэлемента при воздействии на него электрического поля (обратный пьезоэффект) происходит из-за нарушения симметричной конфигурации электрической структуры микрокристаллов материала пьезокерамики.

Для преобразования изменения габаритов пьезоэлементов в поступательное или вращательное движение подвижной части пьезодвигателя используют различные конструктивные схемы, например, с применением упругодеформированных элементов или ударно-анкерных механизмов. При использовании много электродных пьезоэлектрических систем можно создать двигатели «шагающего» типа, а в системах фокусировки фото и кинокамер широкое применение нашли пьезодвигатели, в которых с помощью многоэлектродных пьзоэлеменов формируется бегущая волна, энергия которой преобразуется в поворотное движение ротора.

Пьезоэлектрические двигатели обладают рядом достоинств, которые позволяют им успешно конкурировать с электромеханическими преобразователями других видов. К таким достоинствам можно отнести высокий КПД, высокий момент удержания при отсутствии питающего напряжения, возможность получения низких скоростей и микроперемещений без применения механических редукторов, высокую удельную мощность. Однако сложность расчета пьезоэлемента в такого классах двигателях существенно снижает технологичность двигателей, приводит к большому проценту выбраковки пьезоэлементов после изготовления.

Для расчета таких характеристик пьезоэлемента, как резонансная и антирезонансная частоты, собственная емкость пьезоэлемента, полное комплексное сопротивление пьезоэлемента можно использовать электрическую модель электромеханической системы.

В работе авторами проводится анализ различных конструктивных схем построения пьезодвигателей, предложен простой алгоритм расчета частотных характеристик пьезоэлемента, приведен пример расчета пластины из пьезокерамики цирконата титаната свинца.


Об авторах

С. И. Масленникова
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия


А. В. Ситников
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия


И. В. Миронова
"НИИ Прикладной Механики" им. В.И. Кузнецова, Москва
Россия


Список литературы

1. Лавриненко В.В., Карташов И.А., Вишневский В.С. Пьезоэлектрические двигатели. М.: Энергия, 1980. 372 с.

2. Бардин В.А., Васильев В.А. Актюаторы нано- и микроперемещений для систем управления, контроля и безопасности // Современная техника и технологии. Электрон. журн. 2014. № 2. Режим доступа: http://technology.snauka.ru/2014/02/3057 (дата обращения: 10.07.2016).

3. Уорден К. Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение. М.: Техносфера, 2006. 224 с. [K.Worden. Smart materials. River Edge: World Scientific, 2003].

4. Петренко С.Ф. Пьезоэлектрический двигатель в приборостроении. Киев: Корнiйчук, 2002. 96 с.

5. Касей Г., Конвей М., Мэрфи М. Приводы для фокусировки объектива в камерных модулях высокого разрешения // Компоненты и технологии. 2008. № 3. С. 147-150. Режим доступа: http:// kit-e.ru/articles/powerel/2008_3 (дата обращения: 20.08.2016).

6. Акопьян В. А., Соловьев А. Н., Шевцов С. Н. Методы и алгоритм определения полного набора совместимых материальных констант пьезокерамических материалов. Ростов н/Д: Изд-во Южного Федерального ун-та, 2008. 144 с.

7. Зеленка И. Пьезоэлектрические резонаторы на объемных и поверхностных акустических волнах: Материалы, технология, конструкция, применения. Пер. с чешск. М.: Мир, 1990. 584 с. [J. Zelenka. Piezoelektrické rezonátory a jejich použití = Piezoelectric resonators and their applications. Amst.;N.Y.: Elsevier, 1986].

8. Васильев В.А., Веремьёв В.А., Тихонов А.И. Влияние частотных факторов и параметров на информативный сигнал пьезоэлектрических датчиков давления // Датчики и системы. 2003. № 8. С.5–9.

9. Symmetron Group: Электронные компоненты. Пьезокерамика APC International Ltd. [Электрон. ресурс].Режим доступа: http:/www.symmetron.ru/suppliers/apc/index.shtml (дата обращения: 08.09.2016).

10. Головнин В.А., Каплунов И.А., Малышкина О.В., Педько Б.Б. Пьезоэлектрическая керамика: применение, производство, перспективы // Вестник Тверского гос. ун-та. Сер.: Физика. 2010. № 11. С. 47 – 58.

11. Бардин В.А., Васильев В.А. Двигатели для нано- и микроперемещений // Проблемы автоматизации и управления в технических системах: Сб. ст. Междунар. науч.-техн. конф.(г. Пенза, 23 – 25 апреля 2013 г.) / Под ред. д.т.н., проф. М. А. Щербакова. Пенза: Изд-во ПГУ, 2013. С.259 – 263.

12. Головнин В.А., Каплунов И.А., Малышкина О.В., Педько Б.Б., Мовчикова А.А. Физические основы, методы исследования и практическое применение пьезоматериалов. М.: Техносфера, 2013. 272 с.

13. Piezoelectric ceramics: Principles and applications. Mackeyville: APC International, 2002.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Масленникова С.И., Ситников А.В., Миронова И.В. Расчет характеристик пьезоэлемента ультразвукового двигателя. Радиостроение. 2016;(4):25-40. https://doi.org/10.7463/rdopt.0416.0847731

For citation: Maslennikova S.I., Sitnikov A.V., Mironova I.V. Calculating the Ultra-Sound Engine Piezoelectric Element Characteristics. Radio Engineering. 2016;(4):25-40. (In Russ.) https://doi.org/10.7463/rdopt.0416.0847731

Просмотров: 289

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)