本文關(guān)鍵詞：基于液壓放大的柔性隔膜壓電泵理論與試驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：壓電泵是以壓電振子作為換能器的流體傳輸裝置，壓電泵功耗小、能量密度高、體積小、重量輕、壽命長、可靠性高、頻率范圍廣，可通過電壓和頻率對壓電泵的輸出性能進(jìn)行精確控制；成本低廉，可以做消耗品；過流面為泵體材料、選擇合適材料，可避免腐蝕等。壓電泵廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、機(jī)械工程、家電數(shù)碼、生物化學(xué)、燃料電池以及科研領(lǐng)域。 本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金《壓電型氣體隔膜泵設(shè)計理論與關(guān)鍵技術(shù)研究》的研究需要，設(shè)計并制作了基于液壓放大的柔性隔膜壓電泵（以下簡稱“柔性隔膜壓電泵”），可比普通壓電泵具有更高的自吸高度，更好的排氣泡能力。對這種柔性隔膜壓電泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最后通過實驗方法對不同結(jié)構(gòu)柔性隔膜壓電泵進(jìn)行試驗分析。 由于P5型壓電陶瓷具有高壓電常數(shù)和高耦合系數(shù)，本文采用20mm的P5作為壓電振子，考慮到矩形波易于產(chǎn)生，能量密度高的特點，本文柔性隔膜壓電泵采用矩形波驅(qū)動，邊緣固定方式為邊緣粘結(jié)。建立壓電振子的模型，采用靜態(tài)法對壓電振子的變形進(jìn)行分析計算，并通過等效分析得出壓電振子變形的等效集中力，通過實驗及仿真分析，對其計算進(jìn)行驗證。 柔性隔膜是柔性隔膜壓電泵的重要組成部分，其材料選用具有高韌性和高壽命且符合醫(yī)用條件的ＰＥＴ材料。建立柔性隔膜的模型，計算柔性薄膜在均布載荷下的變形，結(jié)合壓電振子的等效集中力得出柔性隔膜壓電泵的極限輸出壓力和極限輸出流量，并對柔性隔膜進(jìn)行剛度計算，通過仿真分析加以驗證。 壓電泵常用的閥有懸臂梁閥、輪式閥及傘狀閥，懸臂梁閥結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，但升程小，且閥的執(zhí)行部分與閥座之間易產(chǎn)生間隙，導(dǎo)致閥的截止性不好。輪式閥有更大的工作行程，且密封性好，設(shè)計計算較為復(fù)雜。傘形閥截止性好，閥片開啟能力與“傘”面厚度、直徑及兩側(cè)壓差有關(guān)，其加工制作難度大，綜合考慮選用輪式閥，并對輪式閥進(jìn)行熱處理，提高閥與泵體之間的密封性。 柔性隔膜壓電泵的振動模型建立及分析可以更好的優(yōu)化其結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過振動分析，柔性隔膜壓電泵的共振頻率與液壓放大系統(tǒng)、柔性隔膜及壓電振子都相關(guān)，可以通過調(diào)整其參數(shù)修改柔性隔膜壓電泵的共振頻率。柔性隔膜壓電泵的自吸是由泵腔的壓縮比決定的，可以通過減小腔高提高柔性隔膜壓電泵的自吸高度。對于柔性隔膜壓電泵的能量損失，，包括沿程阻力損失與局部阻力損失。儲液腔及柔性薄膜均對柔性隔膜壓電泵的輸出有很大影響。 制作柔性隔膜壓電泵并對其輸出性能測試是論文的一個重要部分，通過實驗分別對柔性隔膜壓電泵的自吸高度、輸出壓力、輸出流量及排氣泡能力分別測試，并通過單一變量來對柔性隔膜壓電泵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
【關(guān)鍵詞】：壓電振子 柔性隔膜 液壓放大 輪式閥 自吸高度 排氣泡
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(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
• Abstract7-9
• 目錄9-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 引言12
• 1.2 壓電泵的發(fā)展及現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 有閥壓電泵13-14
• 1.2.2 無閥壓電泵14-15
• 1.3 壓電泵的應(yīng)用與產(chǎn)品15-17
• 1.3.1 壓電泵的應(yīng)用15-16
• 1.3.2 壓電泵的產(chǎn)品及生產(chǎn)企業(yè)16-17
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容17-22
• 1.4.1 選題意義17-18
• 1.4.2 現(xiàn)有改善自吸方法18-19
• 1.4.3 本文研究內(nèi)容19-22
• 第2章 壓電振子的模型建立和輸出分析22-36
• 2.1 壓電材料簡介22-25
• 2.1.1 壓電效應(yīng)22-23
• 2.1.2 壓電材料特性和選用23-24
• 2.1.3 壓電振子的主要特性參數(shù)24-25
• 2.2 壓電振子25-27
• 2.2.1 壓電振子的組成25-26
• 2.2.2 壓電振子驅(qū)動電源26
• 2.2.3 壓電振子與壓電泵連接方式26-27
• 2.3 壓電振子力學(xué)模型27-32
• 2.3.1 基于壓電效應(yīng)的變形27-30
• 2.3.2 等效集中力下的最大撓度30-32
• 2.4 壓電振子實驗32
• 2.5 壓電振子的有限元分析32-33
• 2.6 實際情況下壓電陶瓷的變形33-34
• 2.7 本章小結(jié)34-36
• 第3章 柔性薄膜及閥的設(shè)計與選擇36-50
• 3.1 柔性薄膜理論研究36-42
• 3.1.1 柔性隔膜的選擇36-37
• 3.1.2 柔性隔膜性能分析37-40
• 3.1.3 均布載荷的確定40-41
• 3.1.4 柔性薄膜的仿真分析及實驗驗證41-42
• 3.2 極限流量42
• 3.3 極限壓力42-43
• 3.4 剛度計算43
• 3.5 閥的選擇43-47
• 3.5.1 閥的材料43-44
• 3.5.2 閥的種類選擇44-47
• 3.6 閥對輸出性能影響及閥的處理47-48
• 3.7 本章小結(jié)48-50
• 第4章 柔性隔膜壓電泵結(jié)構(gòu)分析50-62
• 4.1 普通壓電泵的理論分析50
• 4.1.1 普通壓電泵的工作原理50
• 4.2 柔性隔膜壓電泵結(jié)構(gòu)及原理50-52
• 4.2.1 柔性隔膜壓電泵的結(jié)構(gòu)50-51
• 4.2.2 柔性隔膜壓電泵的工作原理51-52
• 4.3 柔性隔膜壓電泵的振動模型52-54
• 4.3.1 液壓系統(tǒng)的等效剛度52-53
• 4.3.2 振動模型簡化分析53-54
• 4.4 柔性隔膜壓電泵自吸性能54-57
• 4.4.1 柔性隔膜壓電泵可以自吸的條件54-55
• 4.4.2 柔性隔膜壓電泵自吸性能的影響因素55-57
• 4.5 柔性隔膜壓電泵能量損失57-60
• 4.5.1 流體流動基本理論57-58
• 4.5.2 能量損失分析58-60
• 4.6 儲液腔及柔性隔膜對柔性隔膜壓電泵的影響60
• 4.7 本章小結(jié)60-62
• 第5章 柔性隔膜壓電泵結(jié)構(gòu)設(shè)計和實驗驗證62-76
• 5.1 試驗樣機(jī)62-63
• 5.2 實驗裝置與實驗內(nèi)容63-64
• 5.3 壓電振子的選用64-65
• 5.4 柔性隔膜壓電泵的基本性能65-66
• 5.5 柔性隔膜壓電泵結(jié)構(gòu)的確定66-69
• 5.5.1 腔高的確定66-68
• 5.5.2 腔高對自吸高度的影響68
• 5.5.3 腔高對輸出流量的影響68-69
• 5.5.4 腔高對輸出壓力的影響69
• 5.6 儲液腔腔高度對柔性隔膜壓電泵性能影響69-70
• 5.7 薄膜厚度確定及對壓電泵輸出特性的影響70-71
• 5.8 氣泡壓電泵輸出特性的影響71-72
• 5.8.1 氣泡的來源71-72
• 5.8.2 氣泡的影響72
• 5.9 柔性隔膜壓電泵排氣泡能力實驗研究72-73
• 5.10 柔性隔膜壓電泵輸出特性頻率關(guān)系73-74
• 5.11 本章小結(jié)74-76
• 第6章 結(jié)論與展望76-78
• 6.1 結(jié)論76-77
• 6.2 展望77-78
• 參考文獻(xiàn)78-84
• 作者簡介84-85
• 致謝85

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于液壓放大的柔性隔膜壓電泵理論與試驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：372874