Пьезоприводы работает на основе обратного пьезоэлектрического эффекта: при подаче напряжения привод сжимается или расширяется. Но когда движение привода блокируется (нагрузкой, приложенной в направлении движения), он создает усилие. Эта зависимость между перемещением и усилием в пьезоматериалах является обратной зависимостью. Другими словами, чем большее усилие привод должен прилагать к нагрузке, тем меньший ход он может произвести. “Свободный” привод — тот, который не испытывает сопротивления движению — обеспечивает максимальное перемещение, часто называемое “свободным ходом”, и нулевое усилие.
И наоборот, когда привод заблокирован от движения, он создает максимальное усилие, которое называется блокированным усилием. Теоретически, когда привод заблокирован, он работает против нагрузки с бесконечно высокой жесткостью. Но материалы с бесконечной жесткостью в реальном мире не встречаются, поэтому усилие блокировки определяется путем подачи напряжения на привод без приложения нагрузки. Эта “свободная” операция, описанная выше, приводит к максимальному перемещению привода, или свободному ходу. Затем прикладывается усилие, возвращающее привод на исходную длину. Это усилие измеряется и регистрируется как усилие блокировки.
Жесткость привода — это отношение усилия блокировки к свободному ходу.
kp = жесткость пьезопривода
Fблок= блокирующая сила
ΔLФС = свободный ход (номинальный рабочий объем) без внешней нагрузки
К пьезоприводу может быть приложена нагрузка двух типов: пружинная нагрузка, которая увеличивается при перемещении привода, или постоянная нагрузка, которая не изменяется. Способность привода создавать смещение и усилие зависит от типа нагрузки.
Во многих областях применения пьезоэлементов, таких как работа клапанов, возникают нагрузки, которые меняются в зависимости от хода пьезоэлемента, другими словами, нагрузки на пружину. Когда жесткость приложенной пружины мала по сравнению с жесткостью пьезоэлемента, выходное усилие пьезоэлемента (Fэффективный) невелика. Другими словами, пружина (нагрузка) с низкой жесткостью обеспечивает очень малую “блокирующую” нагрузку на пьезоэлемент для создания усилия. Таким образом, выходное усилие пьезоэлемента значительно снижается по сравнению с его максимальной, или блокирующей, силой.
Fэффективный = усилие, создаваемое пружинной нагрузкой
ke = жесткость приложенной нагрузки
С другой стороны, пружина лишь незначительно уменьшает смещение привода:
ΔL = смещение 0f привода с пружинной нагрузкой
Для предварительной загрузки пьезопривода обычно рекомендуется использовать пружинную нагрузку низкой жесткости — обычно не более 10% от жесткости пьезопривода — чтобы гарантировать, что смещение не будет сильно уменьшено.
Выходное усилие и перемещение пьезоэлемента при постоянной нагрузке
При приложении постоянной нагрузки происходит первоначальное отклонение или сжатие приводаиз-за нагрузки. Это означает, что нулевая точка рабочей кривой смещена, но на ход привода это не влияет.
ΔLN = смещение нулевой точки при постоянной нагрузке
F = приложенная нагрузка
При приложении нагрузки создается некоторое усилие, вызывающее первоначальное отклонение, но как только привод реагирует на приложение нагрузки, оставшаяся часть его работы уходит на создание смещения. Нулевая точка блокирующего усилия (максимальная сила) также смещается, но на величину это не влияет.
Автор художественного изображения: Noliac
Вам также может понравиться:
Свежие комментарии