一種預應力壓電懸臂梁的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微小機械與精密機械領域，具體涉及一種預應力壓電懸臂梁。
【背景技術】
[0002]壓電振子是一種由壓電材料構成的致動器，在交變電壓作用下可發生往復變形，廣泛應用于微小機械與精密機械領域。傳統的壓電振子懸臂梁一端固支，發生彎曲變形形成自由端的力與位移輸出，其運動比較簡單，振動形式比較單一，存在輸出力與輸出位移較小的問題，本發明由壓電懸臂和彈簧相互耦合，在相同的電壓下，振幅更大，共振頻率范圍更寬，在微小機械與精密機械中應用，可以提高輸出能力。
【發明內容】
[0003]為了解決目前壓電振子振幅小及共振頻率范圍小的問題，提出了一種預應力壓電懸臂梁，該懸臂梁包括基座、壓電振子和彈簧，基座通過彈簧拉緊懸臂梁自由端使壓電振子產生預應力，在壓電振子通電振動時，彈簧與壓電懸臂的勢能相互轉化，該壓電振子懸臂梁與傳統壓電振子懸臂梁比較，具有共振頻率范圍寬，振幅大的優點。
[0004]為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0005]本發明一種預應力壓電懸臂梁，包括基座、壓電振子，其特征在于還包括彈簧，其中:
[0006]所述基座的一個側面布置有振子安裝槽；所述振子安裝槽開口的長度尺寸與所述壓電振子的寬度相同；所述振子安裝槽開口的寬度尺寸與所述壓電振子的厚度相同；所述基座在振子安裝槽所在的側面布置有第一彈簧安裝環和第二彈簧安裝環；所述第一彈簧安裝環和第二彈簧安裝環位于基座上，沿振子安裝槽開口長度方向兩側對稱布置；所述第一彈簧安裝環和第二彈簧安裝環的厚度方向中心面與振子安裝槽的厚度方向中心面在同一平面上；所述壓電振子一端通過過盈配合粘接或焊接的方式布置在振子安裝槽內，在壓電振子上形成振子支撐區，另一端為自由端；所述壓電振子由彈性基板和壓電薄片材料組成；所述壓電薄片材料貼在彈性基板上下表面；在所述彈性基板自由端寬度方向兩側對稱布置有第一基板彈簧安裝環和第二基板彈簧安裝環；所述彈簧為直線彈簧，包括第一彈簧和第二彈簧；所述第一彈簧一端安裝在第一彈簧安裝環，另一端安裝在第一基板彈簧安裝環；所述第二彈簧一端安裝在第二彈簧安裝環，另一端安裝在第二基板彈簧安裝環。
[0007]所述壓電振子上的第一基板彈簧安裝環和第二基板彈簧安裝環可以布置在基板端部，也可以布置在所述壓電振子的振子支撐區與自由端之間。
[0008]所述壓電振子采用由兩片壓電薄片材料粘貼在彈性基板上下兩側形成的雙晶片壓電振子，或采用由一片壓電薄片材料粘貼在彈性基板上形成的單晶片壓電振子，采用雙晶片壓電振子可以提尚系統的振動能力。
[0009]工作時，將基座固定，在所述壓電薄片材料的兩極施加交變電壓，壓電振子在預應力和壓電效應的共同作用下產生往復彎曲變形，壓電振子能夠獲得更大的振幅和更寬的共振頻率。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明一種預應力壓電懸臂梁結構示意圖。
[0011]圖2是本發明各零件與安裝關系的示意圖。
[0012]圖3是本發明壓電振子結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]參照圖1、圖2和圖3，本發明的預應力壓電懸臂梁由基座1、壓電振子2和彈簧3構成，其中:
[0014]所述基座I的一個側面布置有振子安裝槽11 ;所述振子安裝槽11開口的長度尺寸與所述壓電振子2的寬度相同；所述振子安裝槽11開口的寬度尺寸與所述壓電振子2的厚度相同；所述基座I在振子安裝槽11所在的側面布置有第一彈簧安裝環121和第二彈簧安裝環122 ;所述第一彈簧安裝環121和第二彈簧安裝環122位于基座I上，沿振子安裝槽11開口長度方向兩側對稱布置；所述第一彈簧安裝環121和第二彈簧安裝環122的厚度方向中心面與振子安裝槽11的厚度方向中心面在同一平面上；所述壓電振子2—端布置在振子安裝槽11內，在壓電振子2上形成振子支撐區23，另一端為自由端。
[0015]所述壓電振子2由彈性基板21和壓電薄片材料22組成；所述壓電薄片材料22貼在彈性基板21上下表面；在所述彈性基板21自由端寬度方向兩側對稱布置有第一基板彈簧安裝環211和第二基板彈簧安裝環212 ;所述彈簧3為直線彈簧，包括第一彈簧31和第二彈簧32 ;所述第一彈簧31 —端安裝在第一彈簧安裝環121，另一端安裝在第一基板彈簧安裝環211 ;所述第二彈簧32 —端安裝在第二彈簧安裝環122，另一端安裝在第二基板彈簧安裝環212。
[0016]所述壓電振子2上的第一基板彈簧安裝環211和第二基板彈簧安裝環212布置在基板端部。
[0017]所述壓電振子2采用由兩片壓電薄片材料22粘貼在彈性基板21上下兩側形成的雙晶片壓電振子。
[0018]工作時，將基座I固定，壓電振子2在交變電壓的作用下發生往復彎曲變形。
【主權項】
1.一種預應力壓電懸臂梁，包括:基座(I)、壓電振子(2)，其特征在于還包括彈簧(3)，其中:所述基座(I)的一個側面布置有振子安裝槽(11);所述振子安裝槽(11)開口的長度尺寸與所述壓電振子(2)的寬度相同；所述振子安裝槽(11)開口的寬度尺寸與所述壓電振子(2)的厚度相同；所述基座(I)在振子安裝槽(11)所在的側面布置有第一彈簧安裝環(121)和第二彈簧安裝環(122);所述第一彈簧安裝環(121)和第二彈簧安裝環(122)位于基座(I)上，沿振子安裝槽(11)開口長度方向兩側對稱布置；所述第一彈簧安裝環(121)和第二彈簧安裝環(122)的厚度方向中心面與振子安裝槽(11)的厚度方向中心面在同一平面上；所述壓電振子(2) —端布置在振子安裝槽(11)內，在壓電振子(2)上形成振子支撐區(23)，另一端為自由端；所述壓電振子(2)由彈性基板(21)和壓電薄片材料(22)組成；所述壓電薄片材料(22)貼在彈性基板(21)上下表面；在所述彈性基板(21)自由端寬度方向兩側對稱布置有第一基板彈簧安裝環(211)和第二基板彈簧安裝環(212);所述彈簧(3)為直線彈簧，包括第一彈簧(31)和第二彈簧(32);所述第一彈簧(31) —端安裝在第一彈簧安裝環(121)，另一端安裝在第一基板彈簧安裝環(211);所述第二彈簧(32) —端安裝在第二彈簧安裝環(122)，另一端安裝在第二基板彈簧安裝環(212)。
2.根據權利要求1所述的預應力壓電懸臂梁，其特征在于:所述壓電振子⑵上的第一基板彈簧安裝環(211)和第二基板彈簧安裝環(212)可以布置在基板端部，也可以布置在所述壓電振子(2)的振子支撐區(23)與自由端之間。
3.根據權利要求1所述的預應力壓電懸臂梁，其特征在于:所述壓電振子(2)采用由兩片壓電薄片材料(22)粘貼在彈性基板(21)上下兩側形成的雙晶片壓電振子，或采用由一片壓電薄片材料(22)粘貼在彈性基板(21)上形成的單晶片壓電振子。
【專利摘要】本發明涉及一種預應力壓電懸臂梁，包括：基座、壓電振子和彈簧，其中：所述基座的一個側面布置有振子安裝槽和兩個彈簧安裝環；所述兩個彈簧安裝環對稱布置在振子安裝槽兩側；所述壓電振子一端布置在振子安裝槽內，另一端為自由端；所述壓電振子由彈性基板和壓電薄片材料組成；所述彈性基板在自由端寬度方向兩側對稱布置有兩個基板彈簧安裝環；所述彈簧一端安裝在彈簧安裝環，另一端安裝在基板彈簧安裝環；本發明在微小機械與精密機械中有廣泛的應用，與傳統壓電振子懸臂梁相比，振幅更大，共振頻率范圍更寬。
【IPC分類】H02N2-02, H02N2-04
【公開號】CN104821739
【申請號】CN201510275223
【發明人】吳越, 涂前進, 王旭
【申請人】吉林大學
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月26日