【摘要】：壓電微噴裝置是基于壓電噴墨技術(shù)并將所噴射流體的類(lèi)型進(jìn)行擴(kuò)展而發(fā)展起來(lái)的一種微機(jī)電系統(tǒng)。在外部脈沖電壓激勵(lì)下,壓電振子振動(dòng)并在流固耦合面產(chǎn)生壓力波,壓力波經(jīng)由流體介質(zhì)傳播至噴口驅(qū)使液滴從噴口噴出。由于壓電微噴機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快和精度高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)療、電路電子、化學(xué)材料和增材制造等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。為了提高壓電微噴機(jī)構(gòu)的工作性能,研究人員對(duì)影響其噴射性能的各相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了分析并得出相應(yīng)結(jié)論,為滿(mǎn)足所需噴射性能要求的各參數(shù)選取提供參考。目前對(duì)壓電微噴機(jī)構(gòu)性能的分析主要為針對(duì)噴頭區(qū)域進(jìn)行部分參數(shù)對(duì)性能影響的分析,且所提出的分析方法往往局限于某一類(lèi)構(gòu)型。因此,本文針對(duì)一般壓電微噴機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究,建立了描述壓電微噴機(jī)構(gòu)工作各階段工作機(jī)制的理論模型,基于所建立的模型進(jìn)行相關(guān)研究,揭示了壓電微噴機(jī)構(gòu)的工作機(jī)制,并根據(jù)分析結(jié)果得出滿(mǎn)足不同工作性能需求的各參數(shù)選取參考。本文首先建立了描述壓電微噴機(jī)構(gòu)腔體內(nèi)聲壓力波傳播的波動(dòng)模型,并基于該模型針對(duì)一種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的壓電微噴機(jī)構(gòu)進(jìn)行其聲結(jié)構(gòu)耦合特性的分析。揭示了壓電振子、腔體與腔體內(nèi)流體的聲結(jié)構(gòu)耦合機(jī)制,分析了壓電微噴機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸、腔體材料、所噴射流體聲速和工作頻率變化對(duì)噴口聲壓、振子支座反力的影響。得到了滿(mǎn)足不同噴射性能需求的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸、腔體材料和工作頻率的選取參考,以及當(dāng)流體聲速發(fā)生變化時(shí)激勵(lì)信號(hào)的調(diào)整參考以穩(wěn)定噴射性能。建立了液滴成形及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的兩相流耦合模型,并基于該模型針對(duì)一種壓電微噴機(jī)構(gòu)進(jìn)行其兩相流耦合特性分析。揭示了液滴的成形和運(yùn)動(dòng)機(jī)制,分析了脈沖激勵(lì)信號(hào)和流體物理屬性參數(shù)變化對(duì)液滴成形和運(yùn)動(dòng)特性的影響。得到了滿(mǎn)足不同噴射性能需求的各激勵(lì)參數(shù)選取參考,以及當(dāng)流體物理屬性發(fā)生變化時(shí)激勵(lì)信號(hào)的調(diào)整參考以穩(wěn)定噴射性能。提出并研制了一種面向軸承潤(rùn)滑的嵌入式壓電微噴機(jī)構(gòu),對(duì)其聲結(jié)構(gòu)耦合特性和兩相流耦合特性進(jìn)行研究。分析了脈沖激勵(lì)信號(hào)參數(shù)和潤(rùn)滑油屬性對(duì)噴射潤(rùn)滑性能的影響,得到了獲得較高潤(rùn)滑噴射性能的各參數(shù)選取參考。建立了液滴在目標(biāo)面上的鋪展振蕩模型,基于該模型針對(duì)一種面向打印的壓電微噴機(jī)構(gòu)所噴射液滴的鋪展特性進(jìn)行研究,揭示了液滴的鋪展機(jī)制,分析了各影響參數(shù)對(duì)液滴鋪展特性的影響,得到了獲得較高鋪展精度和避免失效的各參數(shù)選取參考。本文以所建立的描述壓電微噴機(jī)構(gòu)各階段工作機(jī)制的理論模型作為指導(dǎo),對(duì)影響壓電微噴機(jī)構(gòu)性能的各參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的數(shù)值模擬分析,揭示了壓電微噴機(jī)構(gòu)各階段的工作機(jī)制,得到了相應(yīng)的分析結(jié)論。同時(shí)設(shè)計(jì)制造了對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了分析結(jié)果的有效性和可信性。由于在分析時(shí)并未增加額外的限制條件,本文所得到的分析結(jié)果可以用于指導(dǎo)相應(yīng)結(jié)構(gòu)形式壓電微噴機(jī)構(gòu)的性能優(yōu)化,為壓電微噴機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步研究和發(fā)展提供參考。
【圖文】：

工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文噴墨技術(shù)，，研究人員通過(guò)擴(kuò)展所噴射流體的種技術(shù)。目前壓電微噴技術(shù)除了在壓電噴墨技術(shù)領(lǐng)，同時(shí)還逐漸被應(yīng)用于化工、醫(yī)療、材料、生物、下面簡(jiǎn)單介紹下微噴技術(shù)在各領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。發(fā)展與應(yīng)用應(yīng)用，壓電噴墨技術(shù)逐漸成熟，愛(ài)普生等打印機(jī)于壓電噴墨技術(shù)的寫(xiě)真打印機(jī)[14]，但由于技術(shù)于基于激光打印、熱泡噴墨等技術(shù)的打印機(jī)產(chǎn)研究重點(diǎn)主要集中在壓電噴墨打印所用墨汁特能墨汁[16, 17]等相關(guān)技術(shù)研究，利用壓電微噴機(jī)圖 1-4 所示。

工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文噴墨技術(shù)，研究人員通過(guò)擴(kuò)展所噴射流體的種技術(shù)。目前壓電微噴技術(shù)除了在壓電噴墨技術(shù)領(lǐng)，同時(shí)還逐漸被應(yīng)用于化工、醫(yī)療、材料、生物、下面簡(jiǎn)單介紹下微噴技術(shù)在各領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。發(fā)展與應(yīng)用應(yīng)用，壓電噴墨技術(shù)逐漸成熟，愛(ài)普生等打印機(jī)于壓電噴墨技術(shù)的寫(xiě)真打印機(jī)[14]，但由于技術(shù)于基于激光打印、熱泡噴墨等技術(shù)的打印機(jī)產(chǎn)研究重點(diǎn)主要集中在壓電噴墨打印所用墨汁特能墨汁[16, 17]等相關(guān)技術(shù)研究，利用壓電微噴機(jī)圖 1-4 所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH-39

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2701924