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《吉林大学》 2011年
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共振型压电泵的设计理论与试验研究

王龙  
【摘要】:压电泵是利用压电晶体的逆压电效应实现流体输送的一种新型流体输送装置。由于具有结构简单、体积小、无电磁干扰、控制容易、驱动功率小等优点,因此它在生物工程、医疗、化学分析以及汽车发动机燃料供给等领域具有广泛的应用前景。 目前传统的压电泵已经取得了长足的进步,在输出流量、输出压力、输出精度等方面均能满足一定的使用要求。但在某些需要输送气体及大粘度流体的场合,性能还较弱,应用受到较多的限制。其主要原因为,传统压电泵在输送气体时容易形成振子过热,导致过早失效,且输出流量较低等,在输送大粘度流体时输送性能也很差等。由此,本文提出以共振放大方式构造共振型压电泵。经研究,此种结构的泵具有较大的腔体体积变化量及压缩比,能较好的解决传统压电泵存在的问题。 本文提出以片式环形压电振子作为激励源,以激振体的形式向压电泵提供动力,与由柱塞式膜片与单向阀构成的泵体部分组成了共振型压电泵。通过理论分析和试验测试的方式对共振型压电泵进行了系统的研究。综合分析了压电振子挠度、激振体谐振频率及振动幅值比、膜片挠度和泵的输出流量的变化规律。在此基础上,通过正交试验,优化了共振型压电泵系统的结构参数。测试了共振型压电泵输出流量的频率和电压特性。为设计高性能的共振型压电泵提供了理论依据。 压电振子是共振型压电泵的激励元件,也是核心部件。本文利用解析法求解了固定支撑边界条件下环形压电振子的挠度。在此基础上,通过试验测试了压电振子的挠度与驱动信号之间的影响关系,给出了泵用压电振子结构参数的选取方法。 激振体是由压电振子与弹簧质量系统构成,它作为共振型压电泵的动力部件,所提供的振动位移及输出力将直接作用到膜片以驱动流体。文中首先介绍了激振体的工作原理,建立了激振体的振动力学模型,根据振动分析原理、板壳理论等相关知识,求解了其谐振频率、振动幅值比公式。通过数值分析及试验测试,分析了激振体的谐振频率、振动幅值比和振动位移与激振体结构参数的影响关系。 泵体部分是指共振型压电泵中直接作用于流体的组成部分。针对泵体部分,建立了膜片的振动模型,分析了膜片直径和刚性圆片直径对膜片挠度和泵的输出流量的影响规律。讨论了截止阀、腔体高度和气穴现象与共振型压电泵输送性能的影响关系。通过试验测试了各结构参数对共振型压电泵输出流量的影响关系,为大流量共振型压电泵设计提供指导。 为了进一步了解结构参数对泵输送性能的影响,对共振型压电泵进行了四因素三水平的正交试验,通过极差法对试验结果进行了分析,以输出最大流量为目标,得出了共振型压电泵影响因素的主次及因素水平的最佳组合,并对最佳结构组合下的共振型压电泵的输出流量与频率和电压的关系进行了测试。测试结果表明共振型压电泵在输送气体时表现出了较优异的性能。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TH38

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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【共引文献】
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【同被引文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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5 郭宗信;软质锥壳形阀体压电泵的理论和实验研究[D];南京航空航天大学;2011年
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8 高磊;大振子压电泵设计理论与试验研究[D];吉林大学;2009年
9 赵建林;膜式液压放大阀和同心阀压电泵研究[D];吉林大学;2007年
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