压电陶瓷片式选针装置结构与工作原理

用将使极化强度增大 陶瓷内 的正负束缚电荷之间的距离 也相应增大 就是说 陶瓷片 将沿极化方向伸长 图 中虚 线 同理 如果外加电场方向 与极化方向相反 则陶瓷片将 沿极化方向缩短这种由电能 转化为机械能的现象 就是逆 压电效应≈ ∀
图2 压电陶瓷片的 逆压电效应
此时能钩住竖针片 图7 选针机构原理图
选针原理 当给压电陶瓷片施加电压时 由于逆 压电效应的作用 压电陶瓷片产生挠度变形 ∀ 在以 上计算中算出了其挠度变形为 1 ∀ 选针钩 和固定轴 又形成杠杆放大机构 放大比例系数为 所以经过选针钩的杠杆放大之后 其挠度变形为 足以钩住竖针片 ∀ 竖针片作周 1 ≅ 1 期性的上下运动 ∀ 在微机的控制下由步进电机驱
δ

考
文
献
张福学等 压电学 上 !下 北京 国防工业出版社
} ⁄ 特集
压电 } )
内野研二 压电Π 电歪 ) 内野研二 9 Π ι 7 ∃ 新素材 上 内野研二 应用物理 衫山等 日本物理学会讲演予稿集 伊琦畅等 高变位压电 ⁄ Ν 开发 住友金属
参考 ∀ 关键词 电子提花机 中图法分类号 ×≥ 1
常见的电子提花机大多采用电磁式选针机构 它虽具有结构简单 !动作稳定的优点 但也有抗干扰 能力差 !发热量大的缺点 ∀ 本文讨论的电子提花机 的选针机构 采用压电陶瓷片来代替传统的电磁铁 ∀ 利用其特有的/ 逆压电效应0 产生的挠度位移和应力 来控制选针 可充分的发挥压电陶瓷片对冲击电流 抗干扰能力强 !发热量小 !在过渡过程中不产生有害 振颤和不受电磁干扰等优点 ∀
υ 和 Φβ 可按下面公式计算
≈

脚标 第一位表示压电效应方向 第二位表示力的方 向 ∀ 而在 Ξ Ψ 轴方向不产生电荷≈ ∀ 压电陶瓷的逆效应 如图 所示 ∀ 若在陶瓷片 则电场的作 上施加一个与极化方向相同的电场 ∞
图4
压电陶瓷片的挠度变形图
纺织学报
第 卷
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纺织学报
第 卷
第期
压电陶瓷片式选针装置结构与工作原理
汪德潢
大连 大连轻工业学院
摘 要 讨论在电子提花机构中 用压 电 陶 瓷片 控 制选 针 的应 用 重 点论 述 其控 制 结构 及 其 原理 ∀ 可 作为 设 计电 子 提 花机 构 的 选针装置 压电陶瓷片 文献标识码 结构 工作原理
第期

# # => τσ ≈ µ # ϖ τ 1 ≅ ∀ 1 ≈ 1 ≅
பைடு நூலகம்
υ δ # λ Πτ # Φβ
Ε Σν Σν
υΠσν ≈ Ν λ ωτ

通过计算可知 此条件下压电陶瓷片产生的挠 可以利用它实现 度变形和力均可达到所需的要求 电子选针装置的控制 ∀



≅


≈ Π √ σ 1 1


Ε Ψ

≈ Π υ ≅ ≅ 1 Υ 1≈ Σν
≅ ≅
1 ≅ 1

星野谦寿 ƒ ⁄ × ) Ν 特性 Η 选定 Ν 机械 设计 电波新闻社 压电 ⁄ Η = Ν 应用 电子材料工业会 昭和 年

≅
≅ 1 Φβ 1 ≅ ≈ Π 1 ≅ ≅
图 1 压电效应 向的作用力产生电荷 沿 Ξ ! Ψ 轴方向的作用力 Φ 和 Φ 也在 Θ δ Φ 可写为 Θ δ Φ Ζ 方向产生电荷 Φ ∀ δ 的
图3
压电陶瓷片结构图
给这种压电陶瓷片施加电场 ∞ 时 由逆压电效 应即会引起压电陶瓷片产生弯曲变形 υ 并产生力 如图 所示 ∀ 其原理是 在施加电场 ∞ 后 由于 Φβ 压电陶瓷片的上下两片施加的是相反方向的电场 因此 根据逆压电效应其上片产生沿 方向的收 缩 下片产生沿 方向的伸长 于是上片受压而 下片受拉即使其产生如图方向的挠度变形 υ 和 力 Φβ ∀
≈ µΠν
式中 δ 为压电系数描述电荷灵敏度≈ Π∂ ϖ 为
Ε Ε Ε 施加的电压 ≈ ∂ Σν 为弹性柔顺系数 Σν ΠΨν
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压电陶瓷片式电子提花机选针机构的原理
压电陶瓷片式选针机构的设计比电磁式选针较
τσ 为中心电极的系数 ≈ Π ΨΝ 为弹性系数≈
构随温度变化而改变 ∀ 当温度高于居里温度 Τχ 时 晶格为立方晶格无压电效应 当温度低于 Τχ 时 压 电陶瓷为四方晶格 此晶格具有压电效应 ∀ 即在低 于居里温度的条件下 对压电陶瓷施加足够强的直 流电场 使晶体中极化小区 电畴的极化方向与电 场方向一致 ∀ 当外电场去掉后仍有很强的剩余极 化 所以当有外力作用时在垂直于极化方向的平面 上则出现与外力成正比的电荷 ∀ 压电陶瓷不是在任 何方向都存在压电效 应 只有垂直于极化方 向的表面上才能产生电 荷 如图 所示 ∀ 设极 化方向为 沿 Ζ 轴方
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压电陶瓷的压电效应与逆压电效应
压电陶瓷不同于一般陶瓷 它是具有压电效应
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压电陶瓷片结构及变形原理
本文所研究的电子提花机选针装置所采用的压
的多 晶 体 ∀ 目 前 使 用 最 多 的 压 电 陶 瓷 如 钛 酸 钡
× 和锆钛酸铅 简称 °×等 ∀ 压电陶瓷的结
电陶瓷片结构如图 所示 它是由上下两片相同的 压电陶瓷片叠合而成的 ∀
) 固定滑块 ) 压电陶瓷片 ) 选针钩 ) 固定轴 ) 竖针片 ) 选针固定架 ∀ 虚线为施加电压后机构的变形
式中 ΦΤ 为施加的极限电场≈ ∂Π ς 和 υ 的关系 见图 而 λ τ τσ 1 ∀
Ε
其它参数参照图 ∀ ≈
其选针机构的原理如图 所示 ∀ 困难
图5
压电陶瓷片尺寸示意图
由公式可以看出挠度变形 υ 跟施加电压 ς 和 力 Φβ 跟 υ 即与施加的电 长度 λ 的平方成正比例 压 ς 成正比例 ∀ 常温时 最大施加电压 ς¬
ς¬ ΕΤ τ τσ ≈∂
图6
ς 和 υ 的关系图
动 其运动周期与施加在压电陶瓷片上的电压同步 以实现电子选针动作 ∀
参

根据上述公式计算并查表得出结论 给此压电 陶瓷片 λ τ τσ 1 施加 ∂ 以上电压时 可以产生 1 左右的挠度变形 υ ∀ 本文使用的压电陶瓷片尺寸为 λ ω τ 1 τσ 1 ∀ 若施加电压 ∂ 采用 ° ≤ 压电陶瓷材料≈ ∀ 则经查表与计算 可得