为什么要给压电陶瓷加载预紧力？

我们都知道，压电陶瓷是通过单层陶瓷片堆叠共烧或堆叠粘接而成，对拉力非常敏感，过大的拉力会造成陶瓷堆叠连接层出现断裂而损坏，所以在做外部机械结构设计的时候要尽量避免拉力的存在，但是在实际动态操作压电系统时，压电陶瓷的快速伸长对于压电陶瓷来说相当于一个拉力，可能会导致压电陶瓷的损坏。而适当的预紧力可以有效的降低拉力引起损坏的风险。

压电陶瓷主要是作为推进器：采用机械预载力来保持陶瓷始终处于压缩的状态。预紧系统大多是被动力存储原则，例如机械压力，液压或者气动弹簧。

预紧系统设计基本原则

预紧力不应损失压电陶瓷的位移，预紧刚度应该非常低，陶瓷刚度的百分之几。

预紧力应该足够高以加速负载快速回弹，从而避免陶瓷受到拉力。动态操作使用时需控制动态力小于预紧力，动态力可由以下公式算得。

注意：机械预紧不应该只考虑常规操作时候的力平衡，而且还需要考虑外部的震动。

加载多大预紧力？

压电陶瓷的抗拉强度非常的低，大约在5Mpa左右，所以在安装使用的过程中建议加一定的预载力，从经验来看，8-10Mpa即可以补偿高动态产生的拉力。如果是恒力的情况下，不要超过20Mpa。预紧力一般为促动器负载的十分之一。

预紧力应该足够高但又不宜过大，当压电陶瓷承受大于几十兆帕的压力的时候，开始出现退极化现象，可以通过大的电压信号重新极化，但损失了有效能，对于元件的使用寿命会产生不利的影响。

对于高度较小的压电陶瓷来说，侧向力产生剪切力，相对较高的压电陶瓷会产生弯曲力，在使用过程中需要尽量的避免这两种力给压电陶瓷造成的损害。

预载也会产生张力，所以当很高的负载作用于压电陶瓷的时候，超过了张力强度，会降低使用寿命或者损坏压电陶瓷。

举例：

叠堆压电陶瓷PSt150/5×5/20 的横截面积为5×5mm，若施加8MPa即预紧力200N即可满足动态需求，如果是恒力不超过500N，有效的预紧力可以延长压电陶瓷的使用寿命。

常见预紧方式：

芯明天产品具有适合的预紧力

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对于特殊需求，比如阶跃时间远小于1msec的应用，需要增加预紧力，芯明天可以根据实际需求定制相关的压电产品。