一种预应力压电悬臂梁的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微小机械与精密机械领域，具体涉及一种预应力压电悬臂梁。
【背景技术】
[0002]压电振子是一种由压电材料构成的致动器，在交变电压作用下可发生往复变形，广泛应用于微小机械与精密机械领域。传统的压电振子悬臂梁一端固支，发生弯曲变形形成自由端的力与位移输出，其运动比较简单，振动形式比较单一，存在输出力与输出位移较小的问题，本发明由压电悬臂和弹簧相互耦合，在相同的电压下，振幅更大，共振频率范围更宽，在微小机械与精密机械中应用，可以提高输出能力。
【发明内容】
[0003]为了解决目前压电振子振幅小及共振频率范围小的问题，提出了一种预应力压电悬臂梁，该悬臂梁包括基座、压电振子和弹簧，基座通过弹簧拉紧悬臂梁自由端使压电振子产生预应力，在压电振子通电振动时，弹簧与压电悬臂的势能相互转化，该压电振子悬臂梁与传统压电振子悬臂梁比较，具有共振频率范围宽，振幅大的优点。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0005]本发明一种预应力压电悬臂梁，包括基座、压电振子，其特征在于还包括弹簧，其中:
[0006]所述基座的一个侧面布置有振子安装槽；所述振子安装槽开口的长度尺寸与所述压电振子的宽度相同；所述振子安装槽开口的宽度尺寸与所述压电振子的厚度相同；所述基座在振子安装槽所在的侧面布置有第一弹簧安装环和第二弹簧安装环；所述第一弹簧安装环和第二弹簧安装环位于基座上，沿振子安装槽开口长度方向两侧对称布置；所述第一弹簧安装环和第二弹簧安装环的厚度方向中心面与振子安装槽的厚度方向中心面在同一平面上；所述压电振子一端通过过盈配合粘接或焊接的方式布置在振子安装槽内，在压电振子上形成振子支撑区，另一端为自由端；所述压电振子由弹性基板和压电薄片材料组成；所述压电薄片材料贴在弹性基板上下表面；在所述弹性基板自由端宽度方向两侧对称布置有第一基板弹簧安装环和第二基板弹簧安装环；所述弹簧为直线弹簧，包括第一弹簧和第二弹簧；所述第一弹簧一端安装在第一弹簧安装环，另一端安装在第一基板弹簧安装环；所述第二弹簧一端安装在第二弹簧安装环，另一端安装在第二基板弹簧安装环。
[0007]所述压电振子上的第一基板弹簧安装环和第二基板弹簧安装环可以布置在基板端部，也可以布置在所述压电振子的振子支撑区与自由端之间。
[0008]所述压电振子采用由两片压电薄片材料粘贴在弹性基板上下两侧形成的双晶片压电振子，或采用由一片压电薄片材料粘贴在弹性基板上形成的单晶片压电振子，采用双晶片压电振子可以提尚系统的振动能力。
[0009]工作时，将基座固定，在所述压电薄片材料的两极施加交变电压，压电振子在预应力和压电效应的共同作用下产生往复弯曲变形，压电振子能够获得更大的振幅和更宽的共振频率。
【附图说明】
[0010]图1是本发明一种预应力压电悬臂梁结构示意图。
[0011]图2是本发明各零件与安装关系的示意图。
[0012]图3是本发明压电振子结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]参照图1、图2和图3，本发明的预应力压电悬臂梁由基座1、压电振子2和弹簧3构成，其中:
[0014]所述基座I的一个侧面布置有振子安装槽11 ;所述振子安装槽11开口的长度尺寸与所述压电振子2的宽度相同；所述振子安装槽11开口的宽度尺寸与所述压电振子2的厚度相同；所述基座I在振子安装槽11所在的侧面布置有第一弹簧安装环121和第二弹簧安装环122 ;所述第一弹簧安装环121和第二弹簧安装环122位于基座I上，沿振子安装槽11开口长度方向两侧对称布置；所述第一弹簧安装环121和第二弹簧安装环122的厚度方向中心面与振子安装槽11的厚度方向中心面在同一平面上；所述压电振子2—端布置在振子安装槽11内，在压电振子2上形成振子支撑区23，另一端为自由端。
[0015]所述压电振子2由弹性基板21和压电薄片材料22组成；所述压电薄片材料22贴在弹性基板21上下表面；在所述弹性基板21自由端宽度方向两侧对称布置有第一基板弹簧安装环211和第二基板弹簧安装环212 ;所述弹簧3为直线弹簧，包括第一弹簧31和第二弹簧32 ;所述第一弹簧31 —端安装在第一弹簧安装环121，另一端安装在第一基板弹簧安装环211 ;所述第二弹簧32 —端安装在第二弹簧安装环122，另一端安装在第二基板弹簧安装环212。
[0016]所述压电振子2上的第一基板弹簧安装环211和第二基板弹簧安装环212布置在基板端部。
[0017]所述压电振子2采用由两片压电薄片材料22粘贴在弹性基板21上下两侧形成的双晶片压电振子。
[0018]工作时，将基座I固定，压电振子2在交变电压的作用下发生往复弯曲变形。
【主权项】
1.一种预应力压电悬臂梁，包括:基座(I)、压电振子(2)，其特征在于还包括弹簧(3)，其中:所述基座(I)的一个侧面布置有振子安装槽(11);所述振子安装槽(11)开口的长度尺寸与所述压电振子(2)的宽度相同；所述振子安装槽(11)开口的宽度尺寸与所述压电振子(2)的厚度相同；所述基座(I)在振子安装槽(11)所在的侧面布置有第一弹簧安装环(121)和第二弹簧安装环(122);所述第一弹簧安装环(121)和第二弹簧安装环(122)位于基座(I)上，沿振子安装槽(11)开口长度方向两侧对称布置；所述第一弹簧安装环(121)和第二弹簧安装环(122)的厚度方向中心面与振子安装槽(11)的厚度方向中心面在同一平面上；所述压电振子(2) —端布置在振子安装槽(11)内，在压电振子(2)上形成振子支撑区(23)，另一端为自由端；所述压电振子(2)由弹性基板(21)和压电薄片材料(22)组成；所述压电薄片材料(22)贴在弹性基板(21)上下表面；在所述弹性基板(21)自由端宽度方向两侧对称布置有第一基板弹簧安装环(211)和第二基板弹簧安装环(212);所述弹簧(3)为直线弹簧，包括第一弹簧(31)和第二弹簧(32);所述第一弹簧(31) —端安装在第一弹簧安装环(121)，另一端安装在第一基板弹簧安装环(211);所述第二弹簧(32) —端安装在第二弹簧安装环(122)，另一端安装在第二基板弹簧安装环(212)。
2.根据权利要求1所述的预应力压电悬臂梁，其特征在于:所述压电振子⑵上的第一基板弹簧安装环(211)和第二基板弹簧安装环(212)可以布置在基板端部，也可以布置在所述压电振子(2)的振子支撑区(23)与自由端之间。
3.根据权利要求1所述的预应力压电悬臂梁，其特征在于:所述压电振子(2)采用由两片压电薄片材料(22)粘贴在弹性基板(21)上下两侧形成的双晶片压电振子，或采用由一片压电薄片材料(22)粘贴在弹性基板(21)上形成的单晶片压电振子。
【专利摘要】本发明涉及一种预应力压电悬臂梁，包括：基座、压电振子和弹簧，其中：所述基座的一个侧面布置有振子安装槽和两个弹簧安装环；所述两个弹簧安装环对称布置在振子安装槽两侧；所述压电振子一端布置在振子安装槽内，另一端为自由端；所述压电振子由弹性基板和压电薄片材料组成；所述弹性基板在自由端宽度方向两侧对称布置有两个基板弹簧安装环；所述弹簧一端安装在弹簧安装环，另一端安装在基板弹簧安装环；本发明在微小机械与精密机械中有广泛的应用，与传统压电振子悬臂梁相比，振幅更大，共振频率范围更宽。
【IPC分类】H02N2-02, H02N2-04
【公开号】CN104821739
【申请号】CN201510275223
【发明人】吴越, 涂前进, 王旭
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月26日