微孔雾化设备结构设计要点 – 陶瓷片固定&受力分析

在微孔雾化驱动集成芯片的推广实践中，我们发现除了硬件和软件的迭代升级，结构设计方面有一个值得显著关注的点：微孔设备的雾化性能（频率，雾化量和功耗）会受到陶瓷片表面压力的直接影响。我们强烈建议，在初步确定微孔雾化片的规格选型后，工程师在设计具体结构的时候有一个关键考虑点，就是如何确定陶瓷片表面压力，因为不同的设计（结构和固定方式）这个压力值会明显不同。

从压电陶瓷的工作原理角度，最理想的状况是自由态（零压力），也就是所有的输入电能都转化为陶瓷片的机械（振动）能量，或者反过来说，结构件压的越紧，陶瓷片受到的约束也就越大，表现出来的雾化性能被牺牲的也就越多。

下文分享两个实践中常见的设计思路，同时分析对比其中陶瓷片的主要受力方式，供工程师参考；为简化起见，本文提到的两种思路里面，供液方式都是靠棉棒的毛细作用，其他的供液方式（重力，泵送等）选择也会影响到陶瓷片受力，但思路方向是类似的。



上述A设计形式的主要特点：

• 陶瓷片固定
• 棉棒弹性（浮动件）
• 陶瓷片表面为橡胶密封圈
• 陶瓷片的受力主要有2种：
  

• 结构件固定传递力（结构件->密封圈->陶瓷片）
• 打孔区域棉棒传递力（弹簧压缩变形->棉棒->陶瓷片）
  

上述B设计形式的主要特点：

• 棉棒固定
• 陶瓷片弹性（上下浮动）
• 陶瓷片表面为弹簧和垫片
• 陶瓷片没有结构固定的力，其受力为2种：
  

• 打孔区域棉棒压力（棉棒->陶瓷片）
• 弹簧/垫片的压缩变形弹力
  

基于以上结构差异和受力模式的不同（其他受力因素如连接线方式规格/焊锡方式等，暂时忽略），可以看出B设计施加在陶瓷片上的约束相对更小，也就更加接近于还原陶瓷片的“自由态”，其雾化性能更加接近于陶瓷片工厂的名义（nominal）指标.


以上思路均总结自市面上常见的两种结构设计方法，仅供工程师参考。当然，除了设计这些具体的参数规格/大小，在DFM环节也要同时考虑相关的设计会不会影响到性能的波动，或者说尽量减少对各材料尺寸/规格以及制造环节的工艺精度要求。