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一提到壓電陶瓷，我們馬上會(huì)想到它的幾個(gè)重要的特性：高分辨率、高精度、高動(dòng)態(tài)、大負(fù)載、大推力。

我們今天就來(lái)說說壓電陶瓷的推力：

 推力/zui大推力

 我們都知道當(dāng)外部無(wú)可變負(fù)載力時(shí)，給壓電陶瓷加載電壓后它會(huì)產(chǎn)生一定的位移形變，若外部加有可變負(fù)載力，對(duì)壓電陶瓷伸長(zhǎng)形變會(huì)產(chǎn)生阻礙力，壓電陶瓷同時(shí)產(chǎn)生克服阻礙的力，我們稱之為推力。假設(shè)將壓電陶瓷夾在兩面墻之間（假定墻具有無(wú)限大的剛度），這時(shí)給壓電陶瓷加載zui大電壓，由于墻的剛度無(wú)限大導(dǎo)致壓電陶瓷無(wú)法伸長(zhǎng)形變，此時(shí)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(jì)算得出：

推導(dǎo)公式：

推力、位移與外部機(jī)械負(fù)載剛度的關(guān)系

有很多用戶在選擇壓電陶瓷的時(shí)候，想要同時(shí)得到參數(shù)表中列出的zui大位移及zui大推力，但實(shí)際上這個(gè)兩個(gè)指標(biāo)是無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)的。

因?yàn)楫?dāng)外部負(fù)載機(jī)械結(jié)構(gòu)后，壓電陶瓷會(huì)因?yàn)橐朔獠繖C(jī)構(gòu)的剛度而損失位移，外部機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)剛度所需要產(chǎn)生的推力是多大呢？（本文所提到的外部機(jī)構(gòu)均為具有一定剛度的彈性機(jī)械結(jié)構(gòu)）我們可以通過以下公式進(jìn)行計(jì)算得出：

其中的可以通過以下公式計(jì)算得出：

應(yīng)用舉例

  例1：

芯明天的封裝型壓電陶瓷PSt1000/35/200VS45, 無(wú)任何負(fù)載時(shí)zui大位移為260μm，陶瓷剛度為150N/μm，外部機(jī)構(gòu)的剛度為70N/μm，通過以上計(jì)算公式得出產(chǎn)生的位移為177μm，這時(shí)壓電陶瓷產(chǎn)生克服外部機(jī)構(gòu)的有效推力為12450N， 當(dāng)外部機(jī)構(gòu)的剛度為500N/μm，此時(shí)產(chǎn)生的位移為60μm,有效推力為30000N。

外部負(fù)載機(jī)械變力的時(shí)候，壓電陶瓷產(chǎn)生的推力取決于壓電陶瓷的伸長(zhǎng)量，下圖是根據(jù)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(gè)型號(hào)的壓電陶瓷在不同機(jī)構(gòu)剛度下，產(chǎn)生的推力及位移形變量。

橫坐標(biāo)為壓電陶瓷的zui大推力，縱坐標(biāo)為未負(fù)載的情況下壓電陶瓷的位移，Smech為外部機(jī)構(gòu)的剛度曲線。 外部機(jī)構(gòu)剛度曲線與壓電陶瓷推力位移曲線交叉點(diǎn)為此時(shí)壓電陶瓷抵抗外部機(jī)構(gòu)時(shí)的性能參數(shù)。

當(dāng)外部機(jī)構(gòu)的剛度與陶瓷的剛度相同時(shí)，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(dāng)外部負(fù)載剛度與PSt150/5x5/20的剛度相同時(shí)，給壓電陶瓷加載zui大電壓，此時(shí)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(jī)械結(jié)構(gòu)條件下，因?yàn)镻St150/7x7/20 的剛度更大，zui大驅(qū)動(dòng)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(wú)任何負(fù)載的條件下，它可以產(chǎn)生的標(biāo)稱位移為20μm，若使其推動(dòng)500N的機(jī)構(gòu)負(fù)載，此時(shí)還能產(chǎn)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(jù)橫坐標(biāo)500N對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)位移值粗略估算，可產(chǎn)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(jìn)行計(jì)算：壓電陶瓷的剛度大概為60N/μm，位移結(jié)果為11.7μm。

現(xiàn)在您應(yīng)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(shí)候不能單單只看參數(shù)表，還要根據(jù)外部負(fù)載機(jī)構(gòu)的剛度來(lái)計(jì)算推導(dǎo)方能選定適合的規(guī)格型號(hào)。