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基于椭圆形放大机构的压电驱动式高速开关阀研究

王丽荣  
【摘要】:高速开关阀是20世纪80年代发展起来的一种具有响应速度快、抗污染能力强等特点的数字式电液转换控制元件,并得到了广泛的应用。目前高速开关阀基本上采用电磁铁为电一机转换元件,但是,随着科技的发展,对高速开关阀的性能提出了越来越高的要求,传统电磁式高速开关阀的频响及控制精度很难进一步提高,已不能完全满足有快速精密反映要求设备的使用需求。 本文利用压电元件响应速度快、单位体积输出力大、变形精度高以及易实现控制的特点,在现有的高速开关阀的基础上,设计了一种新颖的压电式高速开关阀,在提高其动态性能的同时,提高了切换速度和频率,缩短了开关时间,减小了阀的体积。为此,本文主要进行了以下几项工作: 1、建立了微位移精密测控系统,实现了微位移的自动测量。对压电叠堆以及柔性铰链放大机构的位移输出特性进行了测量,并对测量结果进行了分析,实际测得了压电叠堆及放大机构的位移输出特性。 2、利用解析法和有限元法对柔性铰链微位移放大机构进行了静力学与动力学分析,计算出放大机构的放大倍数、共振频率以及振型,分析了影响输出特性的因素,验证了有限元分析方法的准确性。 3、利用微位移精密测控系统对该驱动器的位移输出特性进行测量,并对其动态特性进行了测试,得出了性能参数。试制了压电驱动式高速开关阀的样机,对该开关阀进行了流量的静态特性分析,试验结果表明该开关阀具有良好的输出特性。通过对样机的动态分析,测试了高速开关阀的开启和关闭的特性,分析了频响特性,指出了设计及进一步研究的方向。


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