Когда напряжение подается на пьезоэлектрический материал, оно генерирует движение и силу за счет расширения или сжатия материала. Пьезоприводы используют этот эффект в своих интересах, используя пьезоэлектрические материалы в полезных устройствах для создания очень малых высокочастотных перемещений и создания относительно высоких усилий.

Пьезоприводы с управлением изгибом оснащены механическими шарнирами (шарнирными соединениями), которые усиливают движение многослойный пьезопривод. Соединения сконструированы с возможностью изгиба (отсюда и термин “управляемый изгибом»), 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 на расстояние до нескольких миллиметров. Когда требуется еще большая длина хода, в пьезопривод с управлением изгибом может быть встроен рычаг, обеспечивающий дополнительный уровень усиления движения, производящий перемещения до 10 мм. Рычажные механизмы обладают более высокой чувствительностью, чем стандартные пьезоприводы с управляемым изгибом, благодаря меньшей перемещаемой массе. Однако они обладают меньшей жесткостью, чем стандартные конструкции с направляющим изгибом.

Несмотря на свои небольшие размеры, пьезоприводы с управляемым изгибом обычно создают блокирующее усилие в сотни Ньютонов, хотя некоторые конструкции обеспечивают усилие в 1000 Н и более. При использовании в системе с замкнутым контуром они могут достигать повторяемости на нанометровом уровне. Уникальным преимуществом конструкции с управлением изгибом является то, что она основана на упругой деформации, а не на движении, основанном на трении, поэтому не требуется смазка или техническое обслуживание, а срок службы может достигать нескольких миллиардов рабочих циклов.

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

Пьезоприводы с управляемым изгибом обеспечивают больший диапазон перемещения при меньших габаритах, чем другие пьезоустройства. Не содержащие смазочных материалов или других материалов, выделяющих газ, 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 пьезоприводов с управляемым изгибом включают микроразливочное и насосное оборудование для медицинской промышленности, атомно-силовые микроскопы и устройства оптического контроля.

Автор изображения: Physik Instrumente L.P.