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《吉林大学》 2007年
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主动阀压电泵的理论与实验研究

李鹏  
【摘要】: 压电驱动技术是受到广泛重视的一个新的研究领域;压电泵是压电驱动技术的重要分支;主动阀压电泵是压电泵研究领域中的一个新的方向。 本文通过弹性薄板弯曲理论分析了压电泵腔用圆形压电振子的性能影响参数;利用有限元仿真提出了压电振子的优化设计方案,同时通过有限元仿真及实验测试的方法深入分析了圆形压电振子的静态、动态特性;确定了选用压电驱动器的径向截面变形曲线,为压电泵的设计提供了理论依据。 根据不同类型压电驱动器的特点,分别选择圆形压电振子和矩形压电双晶片作为主动阀的驱动器。首先利用圆形压电振子构建主动阀,并通过推导其理论流量及过流面积公式,得出了阀口内半径和阀座宽度是主动阀流量的主要影响因素的结论,并分析了它们之间的相互关系,优化了圆形压电晶片式主动阀的结构。其次利用矩形压电双晶片构建了主动阀。通过理论分析,得出了影响矩形压电双晶片性能的因素;利用ANSYS软件进行了仿真分析,优化了其结构;同时结合实验,分析了矩形压电双晶片的静态、动态特性;推导了该型主动阀的流量计算公式,剖析了流量的影响因素;最后对两种主动阀过流特性、泄漏、耐压等特性进行了测试; 根据有阀压电泵工作原理,分析了泵腔结构参数对泵性能的影响,以及腔体内流体的压力分布;结合泵腔用圆形压电振子的分析,对主动阀压电泵的理论输出流量进行了计算和测试,为主动阀压电泵的设计提供理论参考;分别设计了圆形压电振子式和矩形压电晶片式主动阀压电泵;根据两种主动阀驱动器对驱动信号的要求,搭建了基于LABVIEW的主动阀压电泵实验测试控制系统;对两种主动阀压电泵分别进行了实验测试,分析了工作频率、泵腔压电振子驱动电压、输出端背压、主动阀驱动信号与泵腔压电振子驱动信号的相位差、以及方波信号的占空比对主动阀压电泵性能的影响。设计的主动阀压电泵除流量可灵活调整外,还具备双向泵送流体的能力。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TH38

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