發(fā)布時(shí)間：2020-11-19 14:24

　　 壓電泵因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工、輸出流量可以精準(zhǔn)調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)有著廣泛的應(yīng)用前景。面對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ρ玫妮敵隽髁坑兄�不同的要�?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(dòng)振子個(gè)數(shù),因此出現(xiàn)了不同種結(jié)構(gòu)形式的多腔體壓電泵。多腔壓電泵的結(jié)構(gòu)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(gè)數(shù)的增加,泵體尺寸也隨之增大。為減小泵體體積適應(yīng)各種應(yīng)用領(lǐng)域。本文采用“排式”和“層疊式”兩種設(shè)計(jì)方式設(shè)計(jì)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(jìn)口和出口截止閥性能,還取決于腔體的結(jié)構(gòu)形式和多個(gè)壓電振子工作方式有關(guān)。利用壓電振子驅(qū)動(dòng)壓電泵,設(shè)計(jì)了多種層疊式多腔并聯(lián)結(jié)構(gòu)的微型壓電泵。在研發(fā)多腔并聯(lián)壓電泵的基礎(chǔ)上,開(kāi)展了層疊式多腔并聯(lián)壓電泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及試驗(yàn)等方面的研究。本文具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)本文簡(jiǎn)要地闡述了壓電驅(qū)動(dòng)理論,利用解析法建了立壓電振子理論力學(xué)模型,從理論上計(jì)算出壓電泵腔體容積變化,并利用有限元分析法對(duì)單晶片壓電振子的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真分析。(2)對(duì)被動(dòng)截止閥的類型、工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。對(duì)比了幾種被動(dòng)截止閥,綜合其加工工藝、截止能力、開(kāi)啟所需壓力,最終選用傘形橡膠閥為試驗(yàn)所用。(3)結(jié)合壓電泵并聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠提高輸出流量特點(diǎn),分別設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)的工作特點(diǎn),結(jié)合試驗(yàn)樣機(jī),對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)工作時(shí)表現(xiàn)特性進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試與分析。并對(duì)壓電泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。
【學(xué)位單位】：吉林化工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(jìn)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(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(guó)際上很多國(guó)家研究機(jī)構(gòu)都對(duì)其進(jìn)行了深入研究。壓電泵的主要組成結(jié)構(gòu)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(shí)壓電泵的抗干擾性也十分良好。雖然壓電泵的出現(xiàn)時(shí)間較短，僅僅40多年，但目前在很多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用[1]。從整體發(fā)展趨勢(shì)上來(lái)看，目前人們對(duì)壓電泵的探究主要分為兩個(gè)方向：一是縮小尺寸使壓電泵微型化，主要研究?jī)?nèi)容是在縮小壓電泵的尺寸的同時(shí)，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(yīng)用領(lǐng)域是藥物靶向輸送[2-3]、精密醫(yī)療設(shè)備和生物醫(yī)療等方面；壓電泵的另一個(gè)研究方向是大流量方向，該類壓電泵的一個(gè)特點(diǎn)是輸出流量大，輸出壓力高，與此同時(shí)該類壓電泵的體積也較大，其主要應(yīng)用領(lǐng)域是打英噴刷、大型設(shè)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(yīng)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(jìn)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(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(guó)際上很多國(guó)家研究機(jī)構(gòu)都對(duì)其進(jìn)行了深入研究。壓電泵的主要組成結(jié)構(gòu)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(shí)壓電泵的抗干擾性也十分良好。雖然壓電泵的出現(xiàn)時(shí)間較短，僅僅40多年，但目前在很多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用[1]。從整體發(fā)展趨勢(shì)上來(lái)看，目前人們對(duì)壓電泵的探究主要分為兩個(gè)方向：一是縮小尺寸使壓電泵微型化，主要研究?jī)?nèi)容是在縮小壓電泵的尺寸的同時(shí)，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(yīng)用領(lǐng)域是藥物靶向輸送[2-3]、精密醫(yī)療設(shè)備和生物醫(yī)療等方面；壓電泵的另一個(gè)研究方向是大流量方向，該類壓電泵的一個(gè)特點(diǎn)是輸出流量大，輸出壓力高，與此同時(shí)該類壓電泵的體積也較大，其主要應(yīng)用領(lǐng)域是打英噴刷、大型設(shè)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(yīng)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(wú)閥壓電泵樣機(jī)Figure1.3NECpiezoelectricpumpwater-cooledlaptopFigure1.4PrototypeofvalvelesspiezoelectricpumpforfuelcellPiezoelectricinsulinpump1.2壓電泵的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀日本科學(xué)家樽崎哲二于1978年發(fā)明了壓電泵[10]，同一年，美國(guó)科學(xué)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(guó)際上多個(gè)國(guó)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(qiáng)，與此同時(shí)壓電泵輸出精度高，調(diào)控簡(jiǎn)便[12-13]等。在國(guó)內(nèi)早期，只有很少的研究單位，如清華大學(xué)和吉林大學(xué)。清華大學(xué)周兆英教授研究小組在壓電驅(qū)動(dòng)式微型噴霧器方面做了大量的研究工作[14-15]。我國(guó)對(duì)壓電泵的研究起步較晚，但其技術(shù)發(fā)展迅速。1998年吉林大學(xué)報(bào)道國(guó)外壓電泵的相關(guān)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(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的微型壓電泵[18-19]。目前已有許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)從事這一領(lǐng)域的研究，如浙江大學(xué)[20]、南京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)[21]等。自壓電泵發(fā)展至今，隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)其輸出能力有了更多要求，其結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式得到了快速發(fā)展。1.3壓電泵的分類壓電泵按結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)源以及閥體等不同而有著不同的分類方式。根據(jù)驅(qū)動(dòng)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(kāi)啟閉合的閥片，將壓電振子泵分為有閥
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