為什么要給壓電陶瓷加載預(yù)緊力？

我們都知道，壓電陶瓷是通過單層陶瓷片堆疊共燒或堆疊粘接而成，對拉力非常敏感，過大的拉力會(huì)造成陶瓷堆疊連接層出現(xiàn)斷裂而損壞，所以在做外部機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候要盡量避免拉力的存在，但是在實(shí)際動(dòng)態(tài)操作壓電系統(tǒng)時(shí)，壓電陶瓷的快速伸長對于壓電陶瓷來說相當(dāng)于一個(gè)拉力，可能會(huì)導(dǎo)致壓電陶瓷的損壞。而適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力可以有效的降低拉力引起損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

壓電陶瓷主要是作為推進(jìn)器：采用機(jī)械預(yù)載力來保持陶瓷始終處于壓縮的狀態(tài)。預(yù)緊系統(tǒng)大多是被動(dòng)力存儲(chǔ)原則，例如機(jī)械壓力，液壓或者氣動(dòng)彈簧。

預(yù)緊系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原則

預(yù)緊力不應(yīng)損失壓電陶瓷的位移，預(yù)緊剛度應(yīng)該非常低，陶瓷剛度的百分之幾。

預(yù)緊力應(yīng)該足夠高以加速負(fù)載快速回彈，從而避免陶瓷受到拉力。動(dòng)態(tài)操作使用時(shí)需控制動(dòng)態(tài)力小于預(yù)緊力，動(dòng)態(tài)力可由以下公式算得。

注意：機(jī)械預(yù)緊不應(yīng)該只考慮常規(guī)操作時(shí)候的力平衡，而且還需要考慮外部的震動(dòng)。

加載多大預(yù)緊力？

壓電陶瓷的抗拉強(qiáng)度非常的低，大約在5Mpa左右，所以在安裝使用的過程中建議加一定的預(yù)載力，從經(jīng)驗(yàn)來看，8-10Mpa即可以補(bǔ)償高動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的拉力。如果是恒力的情況下，不要超過20Mpa。預(yù)緊力一般為促動(dòng)器負(fù)載的十分之一。

預(yù)緊力應(yīng)該足夠高但又不宜過大，當(dāng)壓電陶瓷承受大于幾十兆帕的壓力的時(shí)候，開始出現(xiàn)退極化現(xiàn)象，可以通過大的電壓信號(hào)重新極化，但損失了有效能，對于元件的使用壽命會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

對于高度較小的壓電陶瓷來說，側(cè)向力產(chǎn)生剪切力，相對較高的壓電陶瓷會(huì)產(chǎn)生彎曲力，在使用過程中需要盡量的避免這兩種力給壓電陶瓷造成的損害。

預(yù)載也會(huì)產(chǎn)生張力，所以當(dāng)很高的負(fù)載作用于壓電陶瓷的時(shí)候，超過了張力強(qiáng)度，會(huì)降低使用壽命或者損壞壓電陶瓷。

舉例：

疊堆壓電陶瓷PSt150/5×5/20 的橫截面積為5×5mm，若施加8MPa即預(yù)緊力200N即可滿足動(dòng)態(tài)需求，如果是恒力不超過500N，有效的預(yù)緊力可以延長壓電陶瓷的使用壽命。

常見預(yù)緊方式：

芯明天產(chǎn)品具有適合的預(yù)緊力

芯明天擁有近二十年壓電納米定位產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，完善的質(zhì)量、服務(wù)管理體系，每一款產(chǎn)品均經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)、專業(yè)的生產(chǎn)、調(diào)試，多種環(huán)境及條件下的老化測試，確保產(chǎn)品輸出優(yōu)異的性能。

芯明天全系列封裝型壓電陶瓷以及納米定位臺(tái)產(chǎn)品均具有適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，可以實(shí)現(xiàn)功率范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)操作滿足用戶的需求。

對于特殊需求，比如階躍時(shí)間遠(yuǎn)小于1msec的應(yīng)用，需要增加預(yù)緊力，芯明天可以根據(jù)實(shí)際需求定制相關(guān)的壓電產(chǎn)品。