本文關(guān)鍵詞：懸置式慣性壓電共振隔膜泵的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目《壓電流體慣性驅(qū)動器的基礎(chǔ)理論及關(guān)鍵技術(shù)研究》(項目編號:51205369)的研究,以共振原理為基礎(chǔ),通過調(diào)節(jié)輸入電信號的頻率、電壓來實現(xiàn)對隔膜泵的精確控制,近年來主要應(yīng)用在藥物輸送、燃料供給、化學(xué)分析與檢測等領(lǐng)域。雖然在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域隔膜泵的實際應(yīng)用越來越廣,但是在一些特殊應(yīng)用場合對隔膜泵的外形尺寸與輸出性能方面提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。隔膜泵主要分為電磁隔膜泵和壓電泵兩類,他們有著各自的優(yōu)缺點,在市場上的應(yīng)用也受到了限制。目前,在壓電共振隔膜泵的研究中,對驅(qū)動元件壓電振子采用中間固支結(jié)構(gòu)應(yīng)用的還比較少,因此本文提出了利用壓電振子中間固支結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)諧振技術(shù)相結(jié)合,研制了一種利用壓電振子兩自由端懸置式慣性而激勵系統(tǒng)共振的新型壓電共振隔膜泵。本文的研究內(nèi)容如下:1.分析了國內(nèi)外壓電共振泵的研究現(xiàn)狀,對壓電材料的基本知識進行了分析,壓電振子作為壓電共振泵的主要驅(qū)動元件,分析了它的基本結(jié)構(gòu)與振動模式,并列出了三種主要支撐方式。本文采用正弦波信號來激勵中間固支的矩形壓電振子,通過試驗測得,在不同電壓下,矩形壓電振子自由端的變形狀態(tài),矩形壓電振子自由端振幅隨頻率的變化情況,選取了合適的驅(qū)動信號與頻率范圍,使得壓電振子能夠穩(wěn)定的工作。2.分析了矩形壓電振子的接線方式,依據(jù)壓電振子三種主要支撐方式,并對三種主要支撐方式的矩形壓電振子的動態(tài)特性進行了仿真分析,利用COMSOL有限元仿真的方法分析了三種主要支撐方式矩形壓電振子的前四階固有頻率和模態(tài)振型,利用MATLAB分析軟件研究了中間固支壓電振子的靜態(tài)特性,并分析其結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對端部動態(tài)撓度和端部沖擊力幅值的影響。然后,搭建了振幅測試試驗平臺,由試驗得到矩形壓電振子三種主要支撐方式下振幅隨距離變化情況,還利用精密阻抗分析儀測得中間固支式壓電振子的共振頻率,并選取了合適的壓電振子結(jié)構(gòu)尺寸。3.分析了懸置式慣性壓電共振隔膜泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作過程,對激振單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成進行了分析,以激振單元的共振原理入手,建立起了激振單元的動力學(xué)模型,得到了影響激振單元位移的因素,計算并優(yōu)化了主要內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的剛度。然后,利用阻抗分析儀測得了共振泵的共振頻率,通過反復(fù)測試并對附加質(zhì)量塊進行了優(yōu)化,得到了隨著附加質(zhì)量塊質(zhì)量增加,共振泵共振頻率隨之降低。另外,利用激光測微儀分別測得了隔膜與壓電振子的位移,得到了激振單元位移放大倍數(shù)。進一步說明,與一般傳統(tǒng)壓電泵相比,在輸出性能方面有明顯優(yōu)勢。4.主要是針對懸置式慣性壓電共振隔膜泵泵送單元和共振泵輸出性能兩部分進行了研究工作。第一部分中,對泵送單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作機制進行了闡述,分析了隔膜的撓度,對隔膜進行了優(yōu)化,并把泵腔的容積變化率、氣泡、閥的滯后性對共振泵輸出性能的影響進行了分析說明。第二部分是搭建了輸出流量和輸出壓力試驗測試平臺,選取了合適的截止閥,分析了閥堵直徑對共振泵輸出性能的影響,在閥堵直徑確定的情況下,通過選取不同的閥孔直徑、不同的腔體高度、不同長度的傳振桿,測試共振泵的輸出性能。結(jié)果表明:在最佳諧振頻率處,與其他共振泵相比,雖然輸出流量不是很明顯,但輸出壓力卻是很大的。
【關(guān)鍵詞】：壓電振子 隔膜泵 懸置 慣性驅(qū)動
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH38
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-27
• 1.1 壓電泵的研究現(xiàn)狀13-18
• 1.1.1 壓電泵國外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.1.2 壓電泵國內(nèi)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2 壓電共振泵的研究現(xiàn)狀18-24
• 1.2.1 壓電共振泵國外研究現(xiàn)狀18-22
• 1.2.2 壓電共振泵國內(nèi)研究現(xiàn)狀22-24
• 1.3 選題意義及本文研究的主要內(nèi)容24-27
• 1.3.1 選題意義24-25
• 1.3.2 本文研究的主要內(nèi)容25-27
• 2 壓電材料性能與壓電振子振動特性分析27-38
• 2.1 壓電材料的屬性27-30
• 2.1.1 壓電材料27
• 2.1.2 正逆壓電效應(yīng)27-28
• 2.1.3 壓電材料的分類28-29
• 2.1.4 壓電材料的性能參數(shù)29-30
• 2.2 壓電振子基本振動特性分析30-34
• 2.2.1 壓電振子的結(jié)構(gòu)形狀30
• 2.2.2 壓電方程30-32
• 2.2.3 壓電振子的振動模式32-33
• 2.2.4 壓電振子支撐方式的選擇33-34
• 2.3 矩形壓電振子的測試分析34-37
• 2.3.1 試驗器材34-35
• 2.3.2 壓電振子振幅與驅(qū)動電壓關(guān)系35-36
• 2.3.3 壓電振子振幅變形曲線的擬合36
• 2.3.4 壓電振子振幅與頻率關(guān)系36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 3 矩形壓電振子不同支撐方式的仿真分析與試驗研究38-48
• 3.1 矩形壓電振子的接線方式38
• 3.2 矩形壓電振子三種支撐方式38-39
• 3.3 矩形壓電振子支撐方式的COMSOL特性仿真分析39-42
• 3.3.1 壓電振子位移特性仿真分析39-41
• 3.3.2 壓電振子模態(tài)特性仿真分析41-42
• 3.4 中間固支支撐矩形壓電振子靜態(tài)特性仿真分析42-45
• 3.4.1 壓電振子結(jié)構(gòu)尺寸對兩自由端動撓度的影響42-44
• 3.4.2 壓電振子結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)與端部沖擊能力關(guān)系44-45
• 3.5 矩形壓電振子試驗性能測試45-47
• 3.5.1 壓電振子三種支撐方式的試驗分析45-46
• 3.5.2 中間固支壓電振子阻抗分析46-47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 4 懸置式慣性壓電共振隔膜泵的設(shè)計48-62
• 4.1 共振泵的工作過程48-49
• 4.2 共振泵激振單元的結(jié)構(gòu)和共振原理49-58
• 4.2.1 激振單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計49-51
• 4.2.2 激振單元的共振原理51
• 4.2.3 激振單元動力學(xué)模型建立51-55
• 4.2.4 激振單元部分結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化55-58
• 4.3 共振泵激振單元試驗測試58-61
• 4.3.1 激振單元共振頻率的測試58-59
• 4.3.2 驅(qū)動電壓對位移的影響59-60
• 4.3.3 位移放大倍數(shù)的測量60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 5 懸置式慣性壓電共振隔膜泵的試驗研究62-74
• 5.1 共振泵泵送單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化及影響因素分析62-67
• 5.1.1 泵送單元結(jié)構(gòu)與工作機制62-63
• 5.1.2 隔膜的撓度分析63-66
• 5.1.3 容積變化率的影響66
• 5.1.4 氣泡對共振泵輸出性能影響66-67
• 5.1.5 閥的滯后性影響67
• 5.2 懸置式慣性壓電共振隔膜泵的試驗測試研究67-72
• 5.2.1 試驗器材67-68
• 5.2.2 截止閥的選取68-70
• 5.2.3 驅(qū)動電壓對共振泵輸出性能影響70
• 5.2.4 閥孔直徑對共振泵輸出性能影響70-71
• 5.2.5 腔體高度對共振泵輸出性能影響71-72
• 5.2.6 傳振桿長度對共振泵輸出性能影響72
• 5.3 共振泵的頻率特性72-73
• 5.4 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻76-80
• 致謝80-81
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果81

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1 曾一致;陶紅艷;劉天寶;余成波;王晟;;復(fù)合壓電振子非軸對稱優(yōu)化[J];四川兵工學(xué)報;2013年05期

2 周利生;圓柱形壓電振子的多維耦合換能器理論[J];聲學(xué)與電子工程;1993年02期

3 任露泉,楊志剛,佟金,曾平;雙彎曲型壓電振子的振動解析[J];壓電與聲光;1998年03期

4 張建輝;路計莊;夏齊霄;王守印;;壓電振子及流體對泵近場噪聲的影響[J];光學(xué)精密工程;2006年04期

5 張愛云;何R

本文編號：326775