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压电陶瓷可靠性分析

大多数应用中,由于成本的原因使用者往往希望所采用的压电陶瓷越小越好,但却因此造成在很多的机械设计结构中压电陶瓷部分成为系统薄弱的点,另外压电陶瓷是一种相对复杂的材料并且非常的敏感,对于不适当的操作极易导致损坏。

损坏的压电叠堆陶瓷

为了提高压电陶瓷可靠性问题,我们通常采用金属壳体封装的方式来降低外部机械结构可能给压电陶瓷带来的侧向力,但即便是采用壳体封装的压电促动器,也要深入的了解压电陶瓷应用的技术背景,一定要通过适当的设计及操作确保高可靠性。

压电促动器及结构

操作过程中的每个环节必须严格控制避免过载情况的发生,不合理的机械结构,通过实际的测试和评估程序来实现机械补偿以及修正不适合的驱动条件,从而实现高可靠性。

错误的操作不会导致压电陶瓷立即损坏,但是会降低长期的可靠性,无法实现预期的工作周期。

压电陶瓷在短期内可以按照极限参数指标输出性能,但是我们不会推荐这种方式。当长期可靠性和长时间工作以及高的工作周期是必须条件时,短期成功的测试压电系统,并不能代表长期使用同样安全可靠。

压电陶瓷的可靠性受以下条件影响:

带载的机械结构

驱动控制

使用环境及其他

即使当压电系统结构已经被证明具有可靠性,此时任何看起来非常小的改动都需要重新对系统进行评估。在一些实际应用中,通常以下两种极限条件下压电陶瓷的可靠性常被讨论。

高周期的可靠性

例如:

压电喷油装置循环次数可达10^10周期,这样高周期数主要取决于机械设计的整体装配质量。

长时间静态操作

潜在的退化主要来自于环境影响,比如超高的空气湿度、压电驱动条件以及温度。

在比较可靠性时,注意加载的驱动电压条件,比如应变情况。

例如:热空气中的湿度可以通过密封封装的方式来进行保护。

密封封装的压电陶瓷叠堆

在实际操作中,以上两种案例情况时有发生,单从以上所述的经验来推断可靠性显然有些局限。只有在实际负载条件下循环测试才能确保压电机械系统保持高可靠性。

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