Когда напряжение подается на пьезоэлектрический материал, он генерирует движение и силу из-за расширения или сжатия материала. Пьезоэлектрические приводы используют преимущества этого эффекта, внедряя пьезоэлектрические материалы в полезные устройства для создания очень малых высокочастотных перемещений и создания относительно больших усилий.

Пьезоуправляемые приводы с изгибом включают механические шарниры (изгибные соединения), которые усиливают движение многослойный пьезоэлектрический привод. Соединения сконструированы с возможностью изгиба (отсюда термин “изгибаемый»), и их расположение обеспечивает движение, перпендикулярное расширению (или, в некоторых случаях, сжатию) пьезоэлектрического блока. Величина приложенного напряжения определяет величину перемещения пьезоматериала и, следовательно, ход исполнительного механизма.

Наблюдайте за приводом, управляемым изгибом, в движении.

(Видео любезно предоставлено компанией Dynamic Materials and Structures, LLC)

В то время как пьезоматериалы обычно могут перемещаться всего на 0,1 – 0,2% от своей длины, усиление, обеспечиваемое приводами, управляемыми изгибом, делает их пригодными для перемещения до нескольких миллиметров. Когда требуется еще большая длина хода, в пьезоуправляемый при изгибе привод может быть встроен рычаг, обеспечивающий дополнительный уровень усиления движения, обеспечивающий перемещения до 10 мм. Рычажные механизмы обладают более высокой чувствительностью, чем стандартные пьезоуправляемые приводы с изгибом, благодаря меньшей перемещаемой массе. Однако они обладают меньшей жесткостью, чем стандартные конструкции, управляемые изгибом.

Несмотря на свои небольшие размеры, пьезоуправляемые приводы с изгибом обычно создают блокирующие усилия в сотни Ньютонов, хотя некоторые конструкции обеспечивают усилие 1000 Н и более. При использовании в системе с замкнутым контуром они могут достигать повторяемости на нанометровом уровне. Уникальное преимущество конструкции, управляемой изгибом, заключается в том, что она основана на упругой деформации, а не на движении, основанном на трении, поэтому смазка или техническое обслуживание не требуются, а срок службы может достигать нескольких миллиардов рабочих циклов.

Блокирующее усилие — это максимальное усилие, которое пьезоэлектрический привод может создать при фиксированной нагрузке. Величина создаваемого усилия зависит от жесткости груза. То есть нагрузка должна быть достаточно жесткой, чтобы предотвратить расширение пьезоматериала при подаче напряжения.

Пьезо-приводы, управляемые изгибом, обеспечивают больший диапазон перемещения в меньшем корпусе, чем другие пьезо-устройства. Не содержащие смазочных материалов или других материалов, выделяющих газы, они подходят для применения в вакууме, а их компоненты могут быть изготовлены из немагнитных материалов для использования в средах с сильными магнитными полями. Типичные области применения пьезоуправляемых приводов с изгибом включают микродозирующее и насосное оборудование для медицинской промышленности, атомно-силовые микроскопы и устройства оптического контроля.

Изображение предоставлено: Physik Instrumente L.P.