壓電陶瓷50000N推力、260微米位移可以同時獲得嗎？

一提到壓電陶瓷，我們馬上會想到它的幾個重要的特性：高分辨率、高精度、高動態、大負載、大推力。

我們今天就來說說壓電陶瓷的推力：

 推力/zui大推力

 我們都知道當外部無可變負載力時，給壓電陶瓷加載電壓后它會產生一定的位移形變，若外部加有可變負載力，對壓電陶瓷伸長形變會產生阻礙力，壓電陶瓷同時產生克服阻礙的力，我們稱之為推力。假設將壓電陶瓷夾在兩面墻之間（假定墻具有無限大的剛度），這時給壓電陶瓷加載zui大電壓，由于墻的剛度無限大導致壓電陶瓷無法伸長形變，此時壓電陶瓷克服阻礙的力，我們稱之為zui大推力。

zui大推力可以通過以下公式計算得出：

推導公式：

推力、位移與外部機械負載剛度的關系

有很多用戶在選擇壓電陶瓷的時候，想要同時得到參數表中列出的zui大位移及zui大推力，但實際上這個兩個指標是無法同時實現的。

因為當外部負載機械結構后，壓電陶瓷會因為要克服外部機構的剛度而損失位移，外部機構剛度越大，損失的位移也就越大。

那么如果確定壓電陶瓷克服外部機構剛度所需要產生的推力是多大呢？（本文所提到的外部機構均為具有一定剛度的彈性機械結構）我們可以通過以下公式進行計算得出：

其中的可以通過以下公式計算得出：

應用舉例

  例1：

芯明天的封裝型壓電陶瓷PSt1000/35/200VS45, 無任何負載時zui大位移為260μm，陶瓷剛度為150N/μm，外部機構的剛度為70N/μm，通過以上計算公式得出產生的位移為177μm，這時壓電陶瓷產生克服外部機構的有效推力為12450N， 當外部機構的剛度為500N/μm，此時產生的位移為60μm,有效推力為30000N。

外部負載機械變力的時候，壓電陶瓷產生的推力取決于壓電陶瓷的伸長量，下圖是根據芯明天壓電陶瓷PSt150/5x5/20 與PSt150/7x7/20的位移推力值所繪曲線圖，可以粗略的估算這兩個型號的壓電陶瓷在不同機構剛度下，產生的推力及位移形變量。

橫坐標為壓電陶瓷的zui大推力，縱坐標為未負載的情況下壓電陶瓷的位移，Smech為外部機構的剛度曲線。 外部機構剛度曲線與壓電陶瓷推力位移曲線交叉點為此時壓電陶瓷抵抗外部機構時的性能參數。

當外部機構的剛度與陶瓷的剛度相同時，位移與推力為zui大位移與zui大推力的一半，壓電陶瓷能效得到zui大的利用。

上圖可以看到，當外部負載剛度與PSt150/5x5/20的剛度相同時，給壓電陶瓷加載zui大電壓，此時壓電陶瓷可以輸出zui大位移10μm及zui大出力800N。

在相同外部機械結構條件下，因為PSt150/7x7/20 的剛度更大，zui大驅動電壓下可以輸出更大的位移及出力。

  例2： 

問：芯明天壓電陶瓷PSt150/5x5/20，無任何負載的條件下，它可以產生的標稱位移為20μm，若使其推動500N的機構負載，此時還能產生多少位移？

答：我們可以通過兩種方式求得，一種方式可以通過以上曲線，根據橫坐標500N對應的縱坐標位移值粗略估算，可產生的位移大概為12μm左右，另一種方式我們可以通過以下公式進行計算：壓電陶瓷的剛度大概為60N/μm，位移結果為11.7μm。

現在您應該了解了吧，既要大位移又要大推力，那么您在選擇壓電陶瓷的時候不能單單只看參數表，還要根據外部負載機構的剛度來計算推導方能選定適合的規格型號。