壓電泵因結構簡單、易于加工、輸出流量可以精準調(diào)控等優(yōu)點有著廣泛的應用前景。面對不同的應用領域?qū)Ρ玫妮敵隽髁坑兄煌囊?不同輸出能力的壓電泵得到了不斷地研究與發(fā)展。為提高壓電泵的輸出流量,目前主要方式是增加驅(qū)動振子個數(shù),因此出現(xiàn)了不同種結構形式的多腔體壓電泵。多腔壓電泵的結構形式主要有三種,即串聯(lián)式、并聯(lián)式及混聯(lián)式。從壓電泵的研究中知道,多腔壓電泵既能提高輸出壓力,也能提高輸出流量。隨著振子個數(shù)的增加,泵體尺寸也隨之增大。為減小泵體體積適應各種應用領域。本文采用“排式”和“層疊式”兩種設計方式設計了多腔并聯(lián)有閥壓電泵。壓電泵的輸出性能不僅取決于壓電振子工作性能、進口和出口截止閥性能,還取決于腔體的結構形式和多個壓電振子工作方式有關。利用壓電振子驅(qū)動壓電泵,設計了多種層疊式多腔并聯(lián)結構的微型壓電泵。在研發(fā)多腔并聯(lián)壓電泵的基礎上,開展了層疊式多腔并聯(lián)壓電泵的結構設計以及試驗等方面的研究。本文具體研究內(nèi)容如下:(1)本文簡要地闡述了壓電驅(qū)動理論,利用解析法建了立壓電振子理論力學模型,從理論上計算出壓電泵腔體容積變化,并利用有限元分析法對單晶片壓電振子的動態(tài)特性進行了仿真分析。(2)對被動截止閥的類型、工作原理進行簡要闡述。對比了幾種被動截止閥,綜合其加工工藝、截止能力、開啟所需壓力,最終選用傘形橡膠閥為試驗所用。(3)結合壓電泵并聯(lián)結構能夠提高輸出流量特點,分別設計制作了“排式”和“層疊式”多腔并聯(lián)壓電泵。根據(jù)各種并聯(lián)結構的工作特點,結合試驗樣機,對各個結構工作時表現(xiàn)特性進行試驗測試與分析。并對壓電泵結構進行了優(yōu)化。
【學位單位】：吉林化工學院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TH38
【部分圖文】：

第1章緒論1第1章緒論1.1引言壓電泵按照流量大小方式進行劃分，歸屬于微型液體泵類，壓電泵的出現(xiàn)，在很大程度上帶動了社會經(jīng)濟發(fā)展以及提高了工業(yè)生產(chǎn)水平。由于壓電泵的廣泛用途以及廣泛的使用前景，目前國際上很多國家研究機構都對其進行了深入研究。壓電泵的主要組成結構有兩部分，一為壓電振子，二為截止閥。由于壓電泵的部件少，且壓電泵的體積較小，這就使壓電泵的生產(chǎn)便利且其功率也較小，同時壓電泵的抗干擾性也十分良好。雖然壓電泵的出現(xiàn)時間較短，僅僅40多年，但目前在很多領域都有著廣泛的應用[1]。從整體發(fā)展趨勢上來看，目前人們對壓電泵的探究主要分為兩個方向：一是縮小尺寸使壓電泵微型化，主要研究內(nèi)容是在縮小壓電泵的尺寸的同時，壓電泵的輸出精度不變，甚至是提高其輸出精度，該類壓電泵的主要應用領域是藥物靶向輸送[2-3]、精密醫(yī)療設備和生物醫(yī)療等方面；壓電泵的另一個研究方向是大流量方向，該類壓電泵的一個特點是輸出流量大，輸出壓力高，與此同時該類壓電泵的體積也較大，其主要應用領域是打英噴刷、大型設備水冷冷卻等[4-5]，此外還包括燃料電池[6-7]、現(xiàn)代汽車油料供給[8-9]等方面，具體應用如下圖所示。圖1.1心臟血泵外觀圖圖1.2壓電式胰島素泵Figure1.1AppearanceoftheheartbloodpumpFigure1.2Piezoelectricinsulinpump

第1章緒論1第1章緒論1.1引言壓電泵按照流量大小方式進行劃分，歸屬于微型液體泵類，壓電泵的出現(xiàn)，在很大程度上帶動了社會經(jīng)濟發(fā)展以及提高了工業(yè)生產(chǎn)水平。由于壓電泵的廣泛用途以及廣泛的使用前景，目前國際上很多國家研究機構都對其進行了深入研究。壓電泵的主要組成結構有兩部分，一為壓電振子，二為截止閥。由于壓電泵的部件少，且壓電泵的體積較小，這就使壓電泵的生產(chǎn)便利且其功率也較小，同時壓電泵的抗干擾性也十分良好。雖然壓電泵的出現(xiàn)時間較短，僅僅40多年，但目前在很多領域都有著廣泛的應用[1]。從整體發(fā)展趨勢上來看，目前人們對壓電泵的探究主要分為兩個方向：一是縮小尺寸使壓電泵微型化，主要研究內(nèi)容是在縮小壓電泵的尺寸的同時，壓電泵的輸出精度不變，甚至是提高其輸出精度，該類壓電泵的主要應用領域是藥物靶向輸送[2-3]、精密醫(yī)療設備和生物醫(yī)療等方面；壓電泵的另一個研究方向是大流量方向，該類壓電泵的一個特點是輸出流量大，輸出壓力高，與此同時該類壓電泵的體積也較大，其主要應用領域是打英噴刷、大型設備水冷冷卻等[4-5]，此外還包括燃料電池[6-7]、現(xiàn)代汽車油料供給[8-9]等方面，具體應用如下圖所示。圖1.1心臟血泵外觀圖圖1.2壓電式胰島素泵Figure1.1AppearanceoftheheartbloodpumpFigure1.2Piezoelectricinsulinpump

第1章緒論2圖1.3壓電泵水冷筆記本電腦圖1.4燃料電池用無閥壓電泵樣機Figure1.3NECpiezoelectricpumpwater-cooledlaptopFigure1.4PrototypeofvalvelesspiezoelectricpumpforfuelcellPiezoelectricinsulinpump1.2壓電泵的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀日本科學家樽崎哲二于1978年發(fā)明了壓電泵[10]，同一年，美國科學家Spenser等發(fā)表了“電控壓電胰島素泵和閥”的文章[11]。壓電泵之所以能在國際上多個國家得到充足的發(fā)展，正是由于其組成部件少，工作性能穩(wěn)定，抗干擾性強，與此同時壓電泵輸出精度高，調(diào)控簡便[12-13]等。在國內(nèi)早期，只有很少的研究單位，如清華大學和吉林大學。清華大學周兆英教授研究小組在壓電驅(qū)動式微型噴霧器方面做了大量的研究工作[14-15]。我國對壓電泵的研究起步較晚，但其技術發(fā)展迅速。1998年吉林大學報道國外壓電泵的相關研究后[16-17]，相繼研發(fā)出了用于電腦CPU冷卻所用壓電泵和應用于醫(yī)療領域的微型壓電泵[18-19]。目前已有許多大學和研究機構從事這一領域的研究，如浙江大學[20]、南京航空航天大學、上海交通大學[21]等。自壓電泵發(fā)展至今，隨著其應用領域的不斷擴大，對其輸出能力有了更多要求，其結構和驅(qū)動方式得到了快速發(fā)展。1.3壓電泵的分類壓電泵按結構、驅(qū)動源以及閥體等不同而有著不同的分類方式。根據(jù)驅(qū)動源不同，將壓電泵分為三類：壓電振子泵、壓電疊堆泵和壓電超聲泵[22]。本文所要研究的壓電泵是壓電振子泵。根據(jù)是否存在可開啟閉合的閥片，將壓電振子泵分為有閥
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本文編號：2890100