仿生枪虾式压电射流泵的设计及实验研究

发布时间：2023-04-11 02:29

　　针对枪虾大鳌的运动形态,本文结合压电叠堆与柔性铰链的优点,提出一种新型基于压电驱动的仿枪虾式单口射流泵。该射流泵具有结构简单、工作稳定、噪音小等优点。通过较为系统的设计、优化及实验研究,实现了流体的喷射及水下微小机构的推进。本文的研究内容主要包括以下几个方面:首先对国内外传统的压电泵进行分析,并结合课题组以往压电泵的研究,对枪虾大鳌运动机理进行分析,基于压电驱动与柔性铰链的相关理论,设计了一种以压电叠堆为驱动源,以柔性铰链作为回转中心的单口射流泵。首先,借鉴枪虾大鳌移动端的形态对单口射流泵进行相关结构设计,利用Workbench仿真分析软件对柔性铰链杠杆放大机构进行静力学仿真分析,结果表明:在对压电叠堆输入电信号以后,压电陶瓷的工作机制使压电叠堆沿着其极化方向进行伸长。由于压电叠堆的输出为位移,因此采用由位移反推计算力,找出在柔性铰链截面尺寸t=1.5mm时符合结构设计需要,柔性铰链距离固定底端为l=10mm时的位置符合结构设计需要,并且随着压电叠堆输入电压的增加,输出端位移也随之增加。对柔性铰链位移放大机构进行模态分析,获取前六阶振型,对比观察可知,二阶振型符合使用目的,适合作为射流...

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 压电泵研究综述
        1.2.1 压电泵的特点
        1.2.2 压电泵的分类
    1.3 压电泵的发展与应用
        1.3.1 国内压电泵技术研究现状
        1.3.2 国外压电泵技术研究现状
    1.4 本文的研究意义及主要研究内容
第2章 压电驱动技术理论基础
    2.1 压电效应与逆压电效应
    2.2 压电方程
    2.3 压电叠堆
        2.3.1 压电叠堆的特点
        2.3.2 压电叠堆的动力学模型
        2.3.3 压电叠堆的等效电路
        2.3.4 压电叠堆的基本特性
    2.4 柔性铰链
        2.4.1 柔性铰链的分类
        2.4.2 柔性铰链的选材与加工
        2.4.3 柔性铰链的设计计算
        2.4.4 柔性铰链的力学模型
    2.5 本章小结
第3章 位移放大机构的结构设计
    3.1 杠杆的位移放大分析
        3.1.1 杠杆机构位移放大倍数
        3.1.2 杠杆机构的输入刚度和输出刚度
    3.2 柔性铰链有限元分析
        3.2.1 直角直圆柔性铰链应力分析
        3.2.2 直角直圆柔性铰链变形分析
    3.3 柔性铰链放大机构的有限元分析
        3.3.1 柔性铰链尺寸对放大机构的仿真
        3.3.2 柔性铰链位置对放大机构的仿真
        3.3.3 柔性铰链放大机构的模态分析
    3.4 本章小结
第4章 仿生枪虾式压电射流泵的结构设计与分析
    4.1 枪虾简介
    4.2 压电射流泵结构设计和工作原理
        4.2.1 射流泵的结构设计
        4.2.2 射流泵的工作原理
    4.3 压电射流泵的理论推导
        4.3.1 射流泵的喷射理论分析
        4.3.2 泵腔内流体压力分布
        4.3.3 射流泵动力学模型
    4.4 气化现象对泵性能的影响
    4.5 出流孔与管嘴出流性能比较
    4.6 COMSOL简介
    4.7 压电射流泵的流固耦合仿真
        4.7.1 膜片厚度对射流泵出口流速的影响
        4.7.2 泵腔高度对射流泵出口流速的影响
        4.7.3 泵腔直径对射流泵出口流速的影响
        4.7.4 电压对射流泵出口流速的影响
        4.7.5 驱动频率对射流泵出口流速的影响
    4.8 本章小结
第5章 仿生枪虾式射流泵的试验研究
    5.1 压电射流泵的样机制作
    5.2 实验设备
    5.3 实验测试系统及目的
    5.4 驱动波形的选择
    5.5 压电射流泵的基本性能测试
    5.6 射流泵的参数试验
        5.6.1 泵腔高度对射流泵输出性能的影响
        5.6.2 泵腔直径对射流泵输出性能的影响
        5.6.3 膜片厚度对射流泵输出性能的影响
    5.7 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者简介
致谢



本文编号：3789158