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《电子科技大学》 2010年
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基于压电陶瓷逆压电效应原理的3MN叠加式力标准机的研究

唐韵  
【摘要】: 压电陶瓷及其产生的逆压电效应,可利用其原理制成微位移驱动器,实现微位移精密控制。而目前,压电陶瓷材料应用研究的迅速发展,已使压电陶瓷材料在所有陶瓷材料的应用中成为了最为重要的一环。 在大量的工作实践中,位移和力这两个物理量是计量学中最基本的两个物理量,而压电陶瓷材料又是一种新型的固态器件,它集成了结构元件与电子元件,所以在精密的机械加工领域,压电陶瓷材料的应用可以说已经非常广泛了。局限于压电陶瓷材料晶体的结构,目前对它的应用大都对其施加比较小的力值载荷(100kN),而为了解决在3MN叠加式力标准机上关于精密力值控制的问题,我们对压电陶瓷材料的压电效应及其结构进行了分析,主要针对其如何承载较大力值的载荷进行了研究了,并基于压电陶瓷的物理性能制出能精密控制力值的装置,以解决在力标准机上的遇到的精密力值加载的问题。主要研究内容如下: 1.阐述了力标准机根据不同加载的原理而有的分类,及现阶段力标准机在国内外的发展现状和发展趋势。基于“压电陶瓷力发生装置”在力标准机上的作用原理,提出本文的研究重点,包括对压电陶瓷力学性能的测试,基于压电陶瓷的力发生装置在标准机上的应用及如何对标准机进行验收测试等。 2.对于压电陶瓷材料在较大力值载荷下产生的微位移技术进行了理论分析,针对其晶体的压电效应进行了公式推导并阐述了其作用原理。在我们的实际应用中发现,基于压电陶瓷材料所制作的装置,现主要应用于精密位移的控制,在实现这些精密控制中,往往力值加载量是较小的。本课题为了解决在3MN叠加式力标准机上关于精密力值控制的问题,主要针对其如何承载较大力值的载荷进行了研究。而在承受了3MN的力值加载的情况下,依然可精密控制力值的加载,目前根据查新情况,在世界范围内还属首创。 3.针对研制3MN叠加式力标准机的要求,我们严格挑选了力学性能较好的压电陶瓷片,并对其抗压强度和力学变形进行了试验,这样可以更好的在精密力值控制装置上对其加以利用和控制。在本次试验中,我们选用的压电陶瓷材料将会承载较大力值的载荷,为了不使其在试验中被大负荷压坏,有必要在试验前对其的抗压强度进行计算和设计,所以压电陶瓷材料的力学变形试验是非常必要的试验之一。 4.本文对大负荷压电陶瓷装置在3MN叠加式力标准上的应用进行了试验。在验收阶段对本次研制的力标准机进行了大量的标定试验,对压电陶瓷材料及其晶体的压电效应应用在精密力值控制的有效性进行了完整的试验。3MN叠加式力标准研制的成功,可大幅提高这种加载方式的标准测力设备的力值不确定度,并相对静重式力标准机来说可大大提高工作效率,降低制造成本。 上述是本论文的研究重点,我们通过大量的试验证明压电陶瓷材料用于承载较大力值载荷后的微控技术是可行的,而基于该技术研制的3MN叠加式力标准机的成功具有相当的经济及社会价值。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM282

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