中间固支惯性驱动式谐振压电泵研究

发布时间：2017-09-24 19:17

  本文关键词：中间固支惯性驱动式谐振压电泵研究

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【摘要】：压电泵是一种流体输送装置,可实现流量的精确输出,具有结构简单、易于微型化等优点,因此受到越来越多的学者和研究人员的关注。本文结合国家自然科学基金项目《压电流体惯性驱动器的基础理论及关键技术研究》,以中间固支矩形压电振子作为驱动元件,利用其电-机能量转换形成的惯性冲击力作为驱动力,同时结合系统谐振技术,研制了中间固支惯性驱动式谐振压电泵。本文的具体研究内容如下：1.本文研究的惯性驱动式谐振压电泵以矩形压电振子作为驱动元件,采用中间固支的夹持方式,在工作过程中,利用了逆压电效应,将电能转换为机械能。利用COMSOL仿真软件对中间固支矩形压电振子的位移特性和模态特性进行仿真分析,得到其前四阶振型及固有频率。对中间固支矩形压电振子的自由端动挠度和端部冲击力进行数学建模,并利用MATLAB软件进行仿真分析,得出影响自由端动挠度和端部冲击力的因素。对中间固支矩形压电振子进行试验测试,研究其振幅随电压和频率的变化规律。2.设计了谐振压电泵激振单元的结构,分析了其运动机理。建立激振单元的动力学模型,推导出了计算压电振子振幅、隔膜振幅、泵输出流量的计算公式。建立数学模型计算了隔膜与压电振子的刚度。利用精密阻抗分析仪测试了谐振泵的谐振频率。利用激光测微仪测试了中间固支压电振子与隔膜的振动位移,研究了激振单元对压电振子位移的放大效果。3.分析了中间固支惯性驱动式伞形阀谐振压电泵的工作机理。推导出隔膜挠度的计算公式,对隔膜进行优化。搭建了试验测试平台,通过测试谐振泵的输出性能来优化阀孔直径和腔体高度。此外,还通过对比试验,研究了腔体的容积变化率、压电振子的尺寸、泵腔残留气泡、输入电压等因素对谐振泵输出性能的影响。4.对中间固支惯性驱动式非对称锥形管谐振压电无阀泵的工作机理进行分析。确定了非对称锥形管谐振压电无阀泵的结构参数,并对其进行了输出流量测试。通过对比中间固支惯性驱动式非对称锥形管谐振压电无阀泵和伞形阀谐振压电泵的输出流量,得出伞形阀谐振压电泵在输出流量上优于非对称锥形管谐振压电无阀泵。
【关键词】：压电振子 中间固支 惯性驱动 谐振频率
【学位授予单位】：浙江师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 压电泵的研究现状11-17
• 1.2.1 国外研究现状11-14
• 1.2.2 国内研究现状14-17
• 1.3 压电谐振泵的研究现状17-21
• 1.3.1 国外谐振泵的研究现状17-18
• 1.3.2 国内谐振泵的研究现状18-21
• 1.4 选题意义及本文研究的主要内容21-23
• 1.4.1 选题意义21-22
• 1.4.2 本文研究的主要内容22-23
• 第2章 压电材料及其基本特性分析23-29
• 2.1 压电材料及其分类23
• 2.2 压电效应23-24
• 2.2.1 压电效应23-24
• 2.2.2 逆压电效应24
• 2.3 压电振子的结构形式24-25
• 2.4 压电材料的参数25-26
• 2.4.1 弹性常数25
• 2.4.2 介电常数25-26
• 2.4.3 压电常数26
• 2.5 压电方程26-27
• 2.6 压电振子的夹持方式27
• 2.7 本章小结27-29
• 第3章 中间固支矩形压电振子的分析与研究29-37
• 3.1 中间固支矩形压电振子模态特性仿真分析29-30
• 3.2 中间固支矩形压电振子静态特性仿真分析30-32
• 3.2.1 压电振子结构尺寸对两自由端动挠度的影响30-32
• 3.2.2 压电振子结构尺寸与端部冲击力的关系32
• 3.3 中间固支矩形压电振子的试验测试32-35
• 3.3.1 测试系统搭建33
• 3.3.2 中间固支矩形压电振子阻抗分析33-34
• 3.3.3 压电振子振幅与驱动电压的关系34-35
• 3.3.4 压电振子振幅与频率的关系35
• 3.4 本章小结35-37
• 第4章 谐振压电泵激振单元的结构设计与研究37-49
• 4.1 谐振压电泵激振单元的结构设计37-38
• 4.2 谐振压电泵激振单元的运动机理分析38-39
• 4.3 谐振压电泵激振单元的动力学建模39-42
• 4.4 谐振压电泵激振单元基本结构的刚度计算42-45
• 4.4.1 隔膜刚度计算42
• 4.4.2 中间固支矩形压电振子刚度计算42-45
• 4.5 谐振压电泵激振单元的试验测试45-46
• 4.5.1 激振单元谐振频率的测试45
• 4.5.2 激振单元振动位移的测量45-46
• 4.6 本章小结46-49
• 第5章 谐振压电泵的工作机理分析与试验研究49-59
• 5.1 谐振压电有阀泵的工作机理分析49-50
• 5.1.1 谐振压电有阀泵泵送单元结构49
• 5.1.2 谐振泵工作机理分析49-50
• 5.2 谐振压电有阀泵输出性能的影响因素50-55
• 5.2.1 试验器材与测试方法50-51
• 5.2.2 泵腔结构参数对谐振压电有阀泵性能的影响51-52
• 5.2.3 其他因素对谐振压电有阀泵性能的影响52-55
• 5.3 谐振有阀泵的频率特性测试55
• 5.4 谐振压电无阀泵的工作机理分析与试验研究55-58
• 5.4.1 非对称锥形管谐振压电无阀泵的工作机理分析56
• 5.4.2 非对称锥形管谐振压电无阀泵的结构参数56-57
• 5.4.3 非对称锥形管谐振压电无阀泵的试验研究57-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第6章 结论59-61
• 参考文献61-65
• 攻读学位期间的研究成果65-66
• 致谢66-68

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