基于液压放大的柔性隔膜压电泵理论与试验研究

发布时间：2017-05-17 08:14

  本文关键词：基于液压放大的柔性隔膜压电泵理论与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：压电泵是以压电振子作为换能器的流体传输装置，压电泵功耗小、能量密度高、体积小、重量轻、寿命长、可靠性高、频率范围广，可通过电压和频率对压电泵的输出性能进行精确控制；成本低廉，可以做消耗品；过流面为泵体材料、选择合适材料，可避免腐蚀等。压电泵广泛应用于医疗器械、机械工程、家电数码、生物化学、燃料电池以及科研领域。 本文结合国家自然科学基金《压电型气体隔膜泵设计理论与关键技术研究》的研究需要，设计并制作了基于液压放大的柔性隔膜压电泵（以下简称“柔性隔膜压电泵”），可比普通压电泵具有更高的自吸高度，更好的排气泡能力。对这种柔性隔膜压电泵的结构参数进行优化，最后通过实验方法对不同结构柔性隔膜压电泵进行试验分析。 由于P5型压电陶瓷具有高压电常数和高耦合系数，本文采用20mm的P5作为压电振子，考虑到矩形波易于产生，能量密度高的特点，本文柔性隔膜压电泵采用矩形波驱动，边缘固定方式为边缘粘结。建立压电振子的模型，采用静态法对压电振子的变形进行分析计算，并通过等效分析得出压电振子变形的等效集中力，通过实验及仿真分析，对其计算进行验证。 柔性隔膜是柔性隔膜压电泵的重要组成部分，其材料选用具有高韧性和高寿命且符合医用条件的ＰＥＴ材料。建立柔性隔膜的模型，计算柔性薄膜在均布载荷下的变形，结合压电振子的等效集中力得出柔性隔膜压电泵的极限输出压力和极限输出流量，并对柔性隔膜进行刚度计算，通过仿真分析加以验证。 压电泵常用的阀有悬臂梁阀、轮式阀及伞状阀，悬臂梁阀结构简单，易于加工，但升程小，且阀的执行部分与阀座之间易产生间隙，导致阀的截止性不好。轮式阀有更大的工作行程，且密封性好，设计计算较为复杂。伞形阀截止性好，阀片开启能力与“伞”面厚度、直径及两侧压差有关，其加工制作难度大，综合考虑选用轮式阀，并对轮式阀进行热处理，提高阀与泵体之间的密封性。 柔性隔膜压电泵的振动模型建立及分析可以更好的优化其结构参数，通过振动分析，柔性隔膜压电泵的共振频率与液压放大系统、柔性隔膜及压电振子都相关，可以通过调整其参数修改柔性隔膜压电泵的共振频率。柔性隔膜压电泵的自吸是由泵腔的压缩比决定的，可以通过减小腔高提高柔性隔膜压电泵的自吸高度。对于柔性隔膜压电泵的能量损失，，包括沿程阻力损失与局部阻力损失。储液腔及柔性薄膜均对柔性隔膜压电泵的输出有很大影响。 制作柔性隔膜压电泵并对其输出性能测试是论文的一个重要部分，通过实验分别对柔性隔膜压电泵的自吸高度、输出压力、输出流量及排气泡能力分别测试，并通过单一变量来对柔性隔膜压电泵的结构进行优化。
【关键词】：压电振子 柔性隔膜 液压放大 轮式阀 自吸高度 排气泡
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 引言12
• 1.2 压电泵的发展及现状12-15
• 1.2.1 有阀压电泵13-14
• 1.2.2 无阀压电泵14-15
• 1.3 压电泵的应用与产品15-17
• 1.3.1 压电泵的应用15-16
• 1.3.2 压电泵的产品及生产企业16-17
• 1.4 本文的主要研究内容17-22
• 1.4.1 选题意义17-18
• 1.4.2 现有改善自吸方法18-19
• 1.4.3 本文研究内容19-22
• 第2章 压电振子的模型建立和输出分析22-36
• 2.1 压电材料简介22-25
• 2.1.1 压电效应22-23
• 2.1.2 压电材料特性和选用23-24
• 2.1.3 压电振子的主要特性参数24-25
• 2.2 压电振子25-27
• 2.2.1 压电振子的组成25-26
• 2.2.2 压电振子驱动电源26
• 2.2.3 压电振子与压电泵连接方式26-27
• 2.3 压电振子力学模型27-32
• 2.3.1 基于压电效应的变形27-30
• 2.3.2 等效集中力下的最大挠度30-32
• 2.4 压电振子实验32
• 2.5 压电振子的有限元分析32-33
• 2.6 实际情况下压电陶瓷的变形33-34
• 2.7 本章小结34-36
• 第3章 柔性薄膜及阀的设计与选择36-50
• 3.1 柔性薄膜理论研究36-42
• 3.1.1 柔性隔膜的选择36-37
• 3.1.2 柔性隔膜性能分析37-40
• 3.1.3 均布载荷的确定40-41
• 3.1.4 柔性薄膜的仿真分析及实验验证41-42
• 3.2 极限流量42
• 3.3 极限压力42-43
• 3.4 刚度计算43
• 3.5 阀的选择43-47
• 3.5.1 阀的材料43-44
• 3.5.2 阀的种类选择44-47
• 3.6 阀对输出性能影响及阀的处理47-48
• 3.7 本章小结48-50
• 第4章 柔性隔膜压电泵结构分析50-62
• 4.1 普通压电泵的理论分析50
• 4.1.1 普通压电泵的工作原理50
• 4.2 柔性隔膜压电泵结构及原理50-52
• 4.2.1 柔性隔膜压电泵的结构50-51
• 4.2.2 柔性隔膜压电泵的工作原理51-52
• 4.3 柔性隔膜压电泵的振动模型52-54
• 4.3.1 液压系统的等效刚度52-53
• 4.3.2 振动模型简化分析53-54
• 4.4 柔性隔膜压电泵自吸性能54-57
• 4.4.1 柔性隔膜压电泵可以自吸的条件54-55
• 4.4.2 柔性隔膜压电泵自吸性能的影响因素55-57
• 4.5 柔性隔膜压电泵能量损失57-60
• 4.5.1 流体流动基本理论57-58
• 4.5.2 能量损失分析58-60
• 4.6 储液腔及柔性隔膜对柔性隔膜压电泵的影响60
• 4.7 本章小结60-62
• 第5章 柔性隔膜压电泵结构设计和实验验证62-76
• 5.1 试验样机62-63
• 5.2 实验装置与实验内容63-64
• 5.3 压电振子的选用64-65
• 5.4 柔性隔膜压电泵的基本性能65-66
• 5.5 柔性隔膜压电泵结构的确定66-69
• 5.5.1 腔高的确定66-68
• 5.5.2 腔高对自吸高度的影响68
• 5.5.3 腔高对输出流量的影响68-69
• 5.5.4 腔高对输出压力的影响69
• 5.6 储液腔腔高度对柔性隔膜压电泵性能影响69-70
• 5.7 薄膜厚度确定及对压电泵输出特性的影响70-71
• 5.8 气泡压电泵输出特性的影响71-72
• 5.8.1 气泡的来源71-72
• 5.8.2 气泡的影响72
• 5.9 柔性隔膜压电泵排气泡能力实验研究72-73
• 5.10 柔性隔膜压电泵输出特性频率关系73-74
• 5.11 本章小结74-76
• 第6章 结论与展望76-78
• 6.1 结论76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-84
• 作者简介84-85
• 致谢85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王蔚;田丽;鲍志勇;刘晓为;王喜莲;杨松涛;;一种新型压电式双向无阀微泵的研制[J];传感技术学报;2006年05期

2 王沫然,李志信;基于MEMS的微泵研究进展[J];传感器技术;2002年06期

3 赵明丽;黄琴;张玮;李欣欣;;悬臂梁阀单腔压电泵设计方法研究[J];光学精密工程;2006年04期

4 黄俊;张建辉;王守印;;多级“Y”型流管无阀压电泵的原理与试验验证[J];光学精密工程;2013年02期

5 孙晓锋;李欣欣;杨志刚;刘九龙;程光明;;带整体开启阀的双腔串联压电薄膜泵[J];吉林大学学报(工学版);2006年04期

6 沈传亮;刘国君;董景石;杨志刚;程光明;;压电型多振子单腔精密药物输送泵[J];吉林大学学报(工学版);2007年01期

7 张建辉,王大康,王守印,小贯晃义;压电泵的研究——泵阀滞后性[J];机械工程学报;2003年05期

8 蒋丹;李松晶;杨平;;气泡对无阀微泵动态特性影响的实验研究[J];实验流体力学;2010年03期

9 黄俊;张建辉;王守印;;类分形Y形分叉流管无阀压电泵的流阻分析[J];机械工程学报;2014年16期

10 杨嵩;袁寿其;何秀华;蔡盛川;韦丹丹;;基于附壁效应的无阀压电泵研究[J];农业机械学报;2014年11期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 孙晓锋;双振子压电泵设计理论与结构优化技术研究[D];吉林大学;2009年

2 吴越;压电泵动力学分析与优化设计[D];吉林大学;2013年

  本文关键词：基于液压放大的柔性隔膜压电泵理论与试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：372874