基于壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)原理的3MN疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的研究.pdf

1、壓電陶瓷及其產(chǎn)生的逆壓電效應(yīng)，可利用其原理制成微位移驅(qū)動器，實現(xiàn)微位移精密控制。而目前，壓電陶瓷材料應(yīng)用研究的迅速發(fā)展，已使壓電陶瓷材料在所有陶瓷材料的應(yīng)用中成為了最為重要的一環(huán)。
　　在大量的工作實踐中，位移和力這兩個物理量是計量學(xué)中最基本的兩個物理量，而壓電陶瓷材料又是一種新型的固態(tài)器件，它集成了結(jié)構(gòu)元件與電子元件，所以在精密的機(jī)械加工領(lǐng)域，壓電陶瓷材料的應(yīng)用可以說已經(jīng)非常廣泛了。局限于壓電陶瓷材料晶體的結(jié)構(gòu)，目前對它的應(yīng)用大

2、都對其施加比較小的力值載荷（<100kN），而為了解決在3MN疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)上關(guān)于精密力值控制的問題，我們對壓電陶瓷材料的壓電效應(yīng)及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，主要針對其如何承載較大力值的載荷進(jìn)行了研究了，并基于壓電陶瓷的物理性能制出能精密控制力值的裝置，以解決在力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)上的遇到的精密力值加載的問題。主要研究內(nèi)容如下：
　　1.闡述了力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)根據(jù)不同加載的原理而有的分類，及現(xiàn)階段力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。基于“壓電陶瓷力發(fā)生裝置

3、”在力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)上的作用原理，提出本文的研究重點，包括對壓電陶瓷力學(xué)性能的測試，基于壓電陶瓷的力發(fā)生裝置在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)上的應(yīng)用及如何對標(biāo)準(zhǔn)機(jī)進(jìn)行驗收測試等。
　　2.對于壓電陶瓷材料在較大力值載荷下產(chǎn)生的微位移技術(shù)進(jìn)行了理論分析，針對其晶體的壓電效應(yīng)進(jìn)行了公式推導(dǎo)并闡述了其作用原理。在我們的實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，基于壓電陶瓷材料所制作的裝置，現(xiàn)主要應(yīng)用于精密位移的控制，在實現(xiàn)這些精密控制中，往往力值加載量是較小的。本課題為了解決在3MN疊加式力標(biāo)

4、準(zhǔn)機(jī)上關(guān)于精密力值控制的問題，主要針對其如何承載較大力值的載荷進(jìn)行了研究。而在承受了3MN的力值加載的情況下，依然可精密控制力值的加載，目前根據(jù)查新情況，在世界范圍內(nèi)還屬首創(chuàng)。
　　3.針對研制3MN疊加式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的要求，我們嚴(yán)格挑選了力學(xué)性能較好的壓電陶瓷片，并對其抗壓強(qiáng)度和力學(xué)變形進(jìn)行了試驗，這樣可以更好的在精密力值控制裝置上對其加以利用和控制。在本次試驗中，我們選用的壓電陶瓷材料將會承載較大力值的載荷，為了不使其在試驗中被大

5、負(fù)荷壓壞，有必要在試驗前對其的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行計算和設(shè)計，所以壓電陶瓷材料的力學(xué)變形試驗是非常必要的試驗之一。
　　4.本文對大負(fù)荷壓電陶瓷裝置在3MN疊加式力標(biāo)準(zhǔn)上的應(yīng)用進(jìn)行了試驗。在驗收階段對本次研制的力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)進(jìn)行了大量的標(biāo)定試驗，對壓電陶瓷材料及其晶體的壓電效應(yīng)應(yīng)用在精密力值控制的有效性進(jìn)行了完整的試驗。3MN疊加式力標(biāo)準(zhǔn)研制的成功，可大幅提高這種加載方式的標(biāo)準(zhǔn)測力設(shè)備的力值不確定度，并相對靜重式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)來說可大大提高工作效率，