隨著工業(yè)強(qiáng)基工程的實施,我國在信息技術(shù)、高端裝備、新材料和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有了新的突破和發(fā)展。其中氣動技術(shù)和產(chǎn)品在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型調(diào)整和創(chuàng)新能力提升進(jìn)程中發(fā)揮了重要作用,同時也對其自身提出了更高的要求。新型氣動元件的研發(fā),低碳?xì)鈩蛹夹g(shù)的應(yīng)用迫在眉睫,氣與電的融合創(chuàng)新也是氣動技術(shù)的發(fā)展方向所在。在智能制造的大背景下,基于氣-電融合,氣動元件智能化、微型化的趨勢與需求,本論文利用壓電晶體響應(yīng)快、功耗低、出力大等優(yōu)勢,設(shè)計加工了一種噴嘴擋板式壓電氣動微閥樣機(jī)。采用數(shù)值模擬和試驗研究方法對該壓電氣動微閥在不同工況和不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下的流量特性進(jìn)行了研究分析,為噴嘴擋板式壓電氣動微閥的研發(fā)制造提供了重要理論依據(jù)。本論文的主要研究內(nèi)容如下:第一章,介紹了壓電氣動微閥的研究背景和意義;簡述了壓電驅(qū)動技術(shù)的研究概況和應(yīng)用;闡述了壓電微閥的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和噴嘴擋板閥口流動特性的研究概況。第二章,簡述了空氣動力學(xué)方面的知識;對壓電原理做了簡要概述;介紹了計算流體力學(xué)的基本概念和有關(guān)知識。第三章,對壓電氣動微閥進(jìn)行了設(shè)計、制作和封裝,并搭建了試驗平臺;初步探究了壓電氣動微閥的常閉功能特性;實際測試了壓電氣動微閥在不同... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

壓電閥協(xié)助呼吸示意圖（圖片來源于Festo公司網(wǎng)站）

工程碩士學(xué)位論文1第1章緒論1.1課題的研究背景和意義進(jìn)入21世紀(jì)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度和創(chuàng)新性成果轉(zhuǎn)化為世人矚目。傳統(tǒng)工業(yè)和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)也在融合創(chuàng)新，人工智能將為傳統(tǒng)制造業(yè)和信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展提供新的技術(shù)引領(lǐng)，將數(shù)字經(jīng)濟(jì)帶入新的時代。在“智能時代”的大背景下，把信息技術(shù)的研究成果轉(zhuǎn)化為材料科學(xué)發(fā)展的支撐，智能材料和智能結(jié)構(gòu)的科研投入，是社會需求推動技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步的體現(xiàn)[1]。智能材料將傳感技術(shù)和信息處理技術(shù)集成為一體，而智能結(jié)構(gòu)又在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，把傳感器技術(shù)和功能材料融入進(jìn)去，從檢測、診斷、監(jiān)控到校正和修復(fù)都可自我完成[2]。尤其在航空航天領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)智能化在飛行器的減振降噪和減重增效、飛行器的“智能翼”計劃和飛行器的在線狀態(tài)監(jiān)測等方面都開展了相關(guān)研究[3]。壓電陶瓷是材料智能化的產(chǎn)物，可實現(xiàn)形變與電壓的相互轉(zhuǎn)換，且性能穩(wěn)定，常應(yīng)用于壓電傳感器和壓電陶瓷電源。壓電陶瓷的位移隨驅(qū)動電壓線性變化，可作為驅(qū)動器制成壓電閥結(jié)構(gòu)，壓電閥的靈敏度和響應(yīng)特性均較好，其關(guān)鍵性能指標(biāo)有過流特性、反向截流能力和承受背壓值大小等[4-6]。壓電閥在對空間尺寸、環(huán)境、控制精度等方面有較高要求的領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。Festo公司已開發(fā)出用于臨床治療的便攜式供氧呼吸機(jī)中的壓電閥[7]。圖1.1壓電閥協(xié)助呼吸示意圖（圖片來源于Festo公司網(wǎng)站）圖1.2壓電閥動作示意圖（圖片來源于Festo公司網(wǎng)站）圖1.1和圖1.2分別為壓電閥協(xié)助呼吸示意圖和壓電閥動作示意圖。在呼吸機(jī)中，

點是響應(yīng)迅速、控制精度高、驅(qū)動力較大、耗能低，并可實現(xiàn)數(shù)字化控制[8]。隨著氣動技術(shù)的智能化轉(zhuǎn)型，氣動元件和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、可控精度和響應(yīng)特性等都需要進(jìn)行創(chuàng)新提升[9]。面向精密控制應(yīng)用領(lǐng)域，特別是針對壓電氣動微閥各項特性的深入研究具有重要意義。1.2壓電氣動微閥研究現(xiàn)狀綜述1.2.1壓電驅(qū)動技術(shù)研究概況與應(yīng)用隨著各國對新型材料的重視和不斷投入，一些融入微/納新材料科技的驅(qū)動器相繼出現(xiàn)。由壓電陶瓷制成的驅(qū)動器在微電子制造、航空航天、地震測量和生物遺傳工程等高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮了不可替代的作用[10-11]。圖1.3為自調(diào)節(jié)機(jī)翼結(jié)構(gòu)示意圖。圖1.3自調(diào)節(jié)機(jī)翼結(jié)構(gòu)示意圖（圖片來源于芯明天樣本）自調(diào)節(jié)機(jī)翼結(jié)構(gòu)的工作原理是壓電陶瓷在驅(qū)動電壓的作用下，發(fā)生一定的彎曲變形，由于響應(yīng)速度很快，可實時改變機(jī)翼的迎風(fēng)角度，減弱湍流的強(qiáng)度，防止飛行器由于仰角過大而失速，使得機(jī)翼有更加優(yōu)越的氣動增益能力[12]。壓電驅(qū)動器的分辨率很高，而且不需要考慮發(fā)熱和電磁干擾等問題，可將其裝配于微閥中來實現(xiàn)閥口開度的調(diào)節(jié)，即構(gòu)成一種主動式壓電微閥。如同壓電驅(qū)動器一樣，微位移器的動作原理也是壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在對驅(qū)動電壓進(jìn)行實時精密的控制下，能夠達(dá)到很高的定位精度，進(jìn)而有可能應(yīng)用于高精密定位系統(tǒng)的控制儀器中[13-14]。在氣動技術(shù)領(lǐng)域，壓電驅(qū)動技術(shù)已被用于氣動控制閥的電控驅(qū)動。根據(jù)壓電驅(qū)動器的特性不同，有直動式、彎曲式和扭轉(zhuǎn)式壓電氣動閥。彎曲式壓電氣動閥由雙壓電晶片驅(qū)動，而雙壓電晶片的驅(qū)動力較小，造成其額定流量和壓力都不高，只能在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于MEMS技術(shù)的石蠟驅(qū)動氣體微流量調(diào)節(jié)閥研究[J]. 王豐羽,杭觀榮,王平陽,李林.  節(jié)能技術(shù). 2019(05)
[2]薄膜式氣動微閥的流動特性研究[J]. 龍威,楊紹華,巨少華,田時泓.  昆明理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(05)
[3]航空航天智能材料與智能結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展[J]. 楊正巖,張佳奇,高東岳,劉科海,武湛君.  航空制造技術(shù). 2017(17)
[4]基于改進(jìn)k-ω SST模型的風(fēng)力機(jī)尾流數(shù)值模擬[J]. 楊祥生,趙寧,田琳琳.  太陽能學(xué)報. 2017(04)
[5]國內(nèi)外智能材料發(fā)展?fàn)顩r分析[J]. 江洪,王微,王輝,尹婧婧.  新材料產(chǎn)業(yè). 2014(05)
[6]智能材料設(shè)計技術(shù)及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 劉俊聰,王丹勇,李樹虎,秦貞明,賈華敏.  航空制造技術(shù). 2014(Z1)
[7]氣動電磁微閥的仿真研究[J]. 李松晶,劉旭玲,賈偉亮.  液壓與氣動. 2013(07)
[8]基于Fluent金屬橡膠微流量閥流量-壓力特性研究[J]. 張蕊華,劉龍輝,朱銀法,熊智文,葉艷輝.  機(jī)床與液壓. 2013(11)
[9]水壓噴嘴擋板閥口流動特性的試驗研究[J]. 吳正江.  液壓與氣動. 2013(02)
[10]兩級電液伺服閥雙噴嘴擋板閥內(nèi)流場計算與分析[J]. 陸向輝,高殿榮.  中國機(jī)械工程. 2012(16)

碩士論文
[1]基于CFD對不同結(jié)構(gòu)形狀的滑閥閥芯流場可視化分析與研究[D]. 曹飛梅.太原理工大學(xué) 2018
[2]基于超聲電機(jī)驅(qū)動的氣動控制閥的研究[D]. 黃鷂.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[3]雙噴嘴擋板伺服閥內(nèi)部流場的數(shù)值模擬分析[D]. 郭威.太原理工大學(xué) 2010
[4]基于SIMPLE算法的三維湍流流場數(shù)值模擬方法的研究[D]. 任雄.西北工業(yè)大學(xué) 2007
[5]基于壓電陶瓷驅(qū)動器的新型氣動閥研究[D]. 高平波.浙江大學(xué) 2006
[6]噴嘴擋板式壓電伺服閥的實驗研究[D]. 吳玉魁.吉林大學(xué) 2004



本文編號：3309367