多腔串联压电泵的设计及其在直线马达中的试验研究
发布时间：2020-05-21 05:16
【摘要】： 压电泵是利用压电振子的振动来改变腔体体积,并配合使用单向截止阀,从而实现对流体定向驱动的新型微小泵。本文在总结国内外压电流体泵研究现状的基础上,提出设计制作多腔串联压电泵,探讨腔体数量对压电泵输出性能的影响规律。为充分利用压电振子的振动能量,提出双作用压电泵的设计理论,并设计制作双作用式压电泵。将压电驱动技术与液压传动技术相结合,利用本文设计的压电泵制作压电液压直线马达,从而产生直线精密运动。主要工作如下: 1.对泵用圆形压电振子进行理论建模,推导出其变形量与结构尺寸之间的关系,根据需要选择最佳尺寸的圆形压电振子。建立圆形压电振子性能的测试系统,对其工作性能进行试验测试。 2.以单腔体有阀压电泵的设计理论为基础,通过腔体串联的方式设计多腔体压电泵,并对其工作原理及工作方式进行分析。试验测试多腔串联压电泵的输出性能,测试结果表明,随着串联腔体数量的增加,泵的输出压力可以显著提高,但对输出流量的影响不大。 3.提出双作用式压电泵的设计理论,利用圆形双晶片压电振子的两个侧面同时进行工作,并设计制作单腔体及双腔串联式双作用压电泵,试验测试表明双作用压电泵可以有效提高压电泵的输出性能。 4.结合液压传动技术,利用本文设计的三腔串联压电泵,设计制作压电液压直线马达,将压电泵用于直线精密驱动系统中;通过试验测试得出压电液压直线马达的输出性能与驱动信号间的关系及其最大输出功率,并与理论输出性能进行比较分析,得出其机械效率。
【图文】：
压电泵主要分为压电超声泵和压电薄膜泵。其中压电超声泵是利用压电振子产生的超声波来实现流体的流动(沿波的传播方向)[4]；而压电薄膜泵的工作原理则是利用压电振子的机械变形，通过改变泵腔的容积来实现流体的定向流动。目前绝大多数的压电泵为压电薄膜泵，压电薄膜泵的工作原理如图 1.2 所示，当压电振子向上弯曲时，泵腔体积增大，进口阀片打开，出口阀片关闭，流体进入泵腔内，如图（a）所示；当压电振子向下弯曲时，泵腔体积减小，进口阀片关闭，出口阀片打开，，流体从出口流出，如图（b）所示；压电振子往复弯曲运动，不断重复上述过程，流体从进口流入，从出口流出，形成定向流动。压电振子压电振子有阀压电泵主动阀压电泵球形阀压电泵整体开启阀压电泵晶片式主动阀压电泵叠堆式主动阀压电泵图 1.1 压电泵的分类电磁式主动阀压电泵
第 1 章 绪论1.2.1 国外压电泵的研究现状根据有关文献记载，最早的压电泵是日本学者樽崎哲二于1978年提出来的。同年，美国Sandia国家实验室的W. J. Spenser等人发表了关于“电控压电胰岛素泵和阀”的文章[12]；1980年，美国Standord大学的J. G. Smits提出了压电液体蠕动泵[13]；1983年，荷兰Twente大学提出利用硅微加工及薄膜技术研制微型压电驱动泵[14]。历经二十多年的发展，日本、美国、中国、荷兰、瑞典、瑞士、英国、德国、新加坡、以色列等国家都在压电泵的研制过程中提出了各具特色的结构和驱动方式，为压电泵的研制工作做出了各自的贡献，以下是一些比较新的例子。2008 年 10 月英国克兰菲尔德大学的 Meiling Zhu、Paul Kirby 以及德国慕尼黑Fraunhofer 可靠性和微集成研究所的 Martin Wacklerle 等人设计的复合材料微型泵[15]。如图 1.3（a）所示，它由一个塑料泵体，一个金属膜片，以及三个压电陶瓷驱动的阀片组成，三片压电陶瓷粘结在金属薄膜上，形成三个驱动单元，金属薄膜粘结在塑料泵体上，形成左侧和右侧的两个阀座以及中间的泵腔，其外形结构如图 1.3（b）所示。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH38
本文编号：2673773
【图文】：
压电泵主要分为压电超声泵和压电薄膜泵。其中压电超声泵是利用压电振子产生的超声波来实现流体的流动(沿波的传播方向)[4]；而压电薄膜泵的工作原理则是利用压电振子的机械变形，通过改变泵腔的容积来实现流体的定向流动。目前绝大多数的压电泵为压电薄膜泵，压电薄膜泵的工作原理如图 1.2 所示，当压电振子向上弯曲时，泵腔体积增大，进口阀片打开，出口阀片关闭，流体进入泵腔内，如图（a）所示；当压电振子向下弯曲时，泵腔体积减小，进口阀片关闭，出口阀片打开，，流体从出口流出，如图（b）所示；压电振子往复弯曲运动，不断重复上述过程，流体从进口流入，从出口流出，形成定向流动。压电振子压电振子有阀压电泵主动阀压电泵球形阀压电泵整体开启阀压电泵晶片式主动阀压电泵叠堆式主动阀压电泵图 1.1 压电泵的分类电磁式主动阀压电泵
第 1 章 绪论1.2.1 国外压电泵的研究现状根据有关文献记载，最早的压电泵是日本学者樽崎哲二于1978年提出来的。同年，美国Sandia国家实验室的W. J. Spenser等人发表了关于“电控压电胰岛素泵和阀”的文章[12]；1980年，美国Standord大学的J. G. Smits提出了压电液体蠕动泵[13]；1983年，荷兰Twente大学提出利用硅微加工及薄膜技术研制微型压电驱动泵[14]。历经二十多年的发展，日本、美国、中国、荷兰、瑞典、瑞士、英国、德国、新加坡、以色列等国家都在压电泵的研制过程中提出了各具特色的结构和驱动方式，为压电泵的研制工作做出了各自的贡献，以下是一些比较新的例子。2008 年 10 月英国克兰菲尔德大学的 Meiling Zhu、Paul Kirby 以及德国慕尼黑Fraunhofer 可靠性和微集成研究所的 Martin Wacklerle 等人设计的复合材料微型泵[15]。如图 1.3（a）所示，它由一个塑料泵体，一个金属膜片，以及三个压电陶瓷驱动的阀片组成，三片压电陶瓷粘结在金属薄膜上，形成三个驱动单元，金属薄膜粘结在塑料泵体上，形成左侧和右侧的两个阀座以及中间的泵腔，其外形结构如图 1.3（b）所示。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH38
【引证文献】
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1 吴迪;液体混合用多入口压电泵的研究[D];吉林大学;2012年
本文编号：2673773
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