气动膜片式微滴喷射装置理论分析与实验研究

微滴喷射是通过产生微米级的液滴实现流体按需精确喷射沉积成形的技术。气动膜片式微滴按需喷射装置的原理是以膜片为驱动部件,以压缩气体脉冲为驱动源,通过膜片的弹性变形实现液体腔的体积变化从而产生微液滴。通过建立驱动气压与液体腔内工作压力的关系,分析腔体内液体的流动状态,从而建立气动膜片式喷射系统的数学模型,以此作为优化装置结构和控制参数的依据。此外,利用该装置完成了黏性液体的可控喷射。研究结果为喷射制造的实际应用提供了理论与实验依据。     

电磁致动式微滴按需喷射装置的设计及实现

针对现有商业化微滴按需喷射装置需根据喷射材料性质定制而较难直接用于研究不同材料喷射行为的现存问题,设计并实现了一种基于电磁致动器的机械振动式低成本微滴按需喷射装置。该装置由激振系统,喷射坩埚及相应的低氧环境保护系统,加热及温度控制调节系统组成。采用该微滴喷射装置进行试验,通过调整电磁致动器激励电压脉宽成功实现了不同喷射频率下水和石蜡微滴的按需可控喷射,试验结果证明了该装置的稳定性以及实现不同材料微滴喷射的可行性。     

压电驱动微滴喷射过程的数学模型

通过对压电驱动器的力一位移方程的简化，得到了压电驱动器的受力方程。从质量守恒和能量守恒的角度对腔体内部流体运动情况进行了分析，简化了分析过程。在此基础上，建立了微滴喷射过程的数学模型，得到的计算结果、喷射规律与试验结果基本一致。     

微滴喷射中喷嘴间距对微滴轨迹影响的研究

以某款压电阵列式喷头为研究对象,喷射液体材料选用呋喃树脂,研究微滴喷射中喷嘴间距对微滴喷射轨迹的影响规律。采用守恒水平集方法建立了微滴喷射多喷嘴的仿真模型,通过实验和仿真相结合的方法分析了实验驱动电压和仿真入口压强的关系,通过拟合公式法得出二者拟合关系式。数值模拟结果表明,在该阵列式喷头的喷射过程中,相邻液滴有相互靠近的趋势。喷嘴间距和液滴实际喷射轨迹与理想喷射轨迹之间偏移的距离阈值存在一定的线性关系。当喷嘴间距小于距离阈值时,液滴实际喷射轨迹几乎不受影响;而当喷嘴间距大于距离阈值时,液滴实际喷射轨迹会偏离理想喷射轨迹。     

气压驱动金属微熔滴可控喷射及沉积精度分析?

金属微滴按需喷射成形制造中,保证喷射系统按需产生均匀微滴和喷射沉积的位置精度是成形高质量金属零件的关键。采用试验研究的方法,分析喷嘴壁附着杂质对稳定喷射以及工艺参数对微滴均匀性的影响,并对喷射系统在可控喷射情况下按需产生的锡铅合金(Sn60%Pb40%)微滴尺寸分布进行分析;研究沉积高度变化对微滴沉积精度的影响。在上述研究基础上,通过选择合适的沉积高度,沉积制造一个6×6微滴阵列,并对微滴阵列的沉积精度进行分析。结果表明,所产生微滴的平均直径为321μm,尺寸标准偏差为2.897μm,约99%的颗粒分布在平均直径±2.8%附近区间内,分布较集中,均匀性较好;得到了发散距离随沉积高度增加而增大的变化趋势;成形的微滴阵列精度满足制造要求。为后续成形高质量微小金属零件提供必要的基础。     

压电式喷头的微滴喷射行为及其影响因素

设计并加工了一种压电式微滴喷头,并在微滴喷射平台上进行了微滴喷射实验,用CCD相机拍摄到了液滴形成的整个过程。通过激光位移测量平台测量了压电片的振荡曲线,并将位移曲线输入流体模拟求解器,用两相的方法模拟出了微滴形成的过程。模拟显示液滴的形成时间,大小,形状和速度与实验结果拟合得很好。通过对比液滴的形成过程与压电片的振荡曲线,发现主液滴在压电信号为高电平时,已经脱落了微滴喷嘴,基于此提出了通过改变高电平时间和增加压电片的自由振荡衰减阻值提高微滴喷射最高频率的方案。通过微滴喷射行为模拟,解释了微滴喷射实验中出现两条液滴的原因,并通过改变喷腔结构和改变液体黏度,找到了减少额外液滴出现的途径。     

气动膜片式精密焊球微滴喷射制作方法

为满足面积阵列封装对所需焊球越来越高的要求,提出了利用气动膜片式微滴喷射原理制作焊球的新方法。介绍了该方法的基本原理及所采用的实验装置,使用由自制电火花微孔加工机床加工的直径50μm不锈钢喷嘴,成功实现了直径100μm以下焊球的制作,研究了主要控制参数对焊球直径的影响。结果表明,气动膜片式微滴喷射方法制作的焊球直径精确、表面闪亮、球形完美,填补了国内直径100μm以下超精密微焊球制作技术的空白。     

气动式微滴喷射中液滴稳定生成的动力学特性研究

微滴喷射增材制造技术作为制造领域的新兴前沿技术有着广泛的应用前景,微滴生成特性对增材制造中微滴在基板铺展、搭接、凝固等过程影响较大,研究微滴生成特性对于提高液滴生成尺寸、频率和稳定性有重要意义。通过试验研究气动按需喷射作用下的微滴喷射行为,探究喷嘴尺寸、黏度和供给压力等因素对射流断裂过程及液滴生成稳定性的影响关系,并进一步研究形成角的变化对液桥断裂顺序及卫星液滴产生的影响关系。研究结果表明,随着喷嘴直径减少,韦伯数(We)显著减少,当喷嘴直径减少到100μm时,We变为0.33,液滴尺寸与喷嘴直径的比值急剧增大;随着黏度的增加,射流颈缩段的液桥显著增长,液滴尺寸明显增大。在保证生成单个液滴的压力条件下,当供给压力较小时,液桥两端先后断裂形成卫星滴,并最终与半月面融合;随着压力的增大,液桥只发生一次断裂,剩余射流回缩到喷嘴内。在气动式喷射方式中由于上形成角始终大于下形成角,所以液桥总是在靠近液滴端首先断裂,该研究结果有助于提高气动式微滴喷射装置的液滴生成质量。     

射频识别标签天线的按需微喷射制备

基于数字化微喷射技术搭建了射频识别(RFID)标签天线的按需微喷射制备系统。首先,将纳米银导电墨水按需微喷射到镀有疏水化薄膜的聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)基底表面形成天线图形;然后在恒温干燥箱内烧结,形成RFID标签天线。实验研究了微喷射系统参量对液滴产生的影响以及制备参数对纳米银导线成线的影响,制得了最小线宽为100μm、厚度为2.8μm、电阻率为5.2μΩ·cm且阻值具有较好线性度的导线。设计、仿真和制备了弯折偶极子天线,并对其性能参数进行了测试,结果显示其天线谐振频率、带宽和谐振点S11参数等与仿真结果具有较好的一致性。实验结果表明,按需微喷射导电银墨水制备RFID标签天线的方法具有系统结构简单、成本较低、液滴微喷射精确、便于制备任意天线图形等特点;制备的弯折偶极子天线尺寸可控、导电性高、阻值均一性好,并具有较好的天线性能。     

混凝土湿喷机S管阀换向系统试验研究

在对不同驱动形式的混凝土湿喷机S管阀换向系统搭建试验平台的基础上,对其进行效能和结构方面研究与对比分析。结果表明：采用液控液压缸式S管阀换向系统更有利于整机效能的提高;液压马达式、液压缸式S管阀换向系统均以简单结构实现了S管阀换向功能,避开机械式噪声大、磨损严重等现象,为混凝土湿喷机S管阀换向系统的开发应用提供参考。     

某机载设备安装平台的复合式隔振设计试验研究

针对某机载设备环境振动故障问题,对故障现象进行了分析。采用硅橡胶和工业用毛毡作为隔振材料,提出了一种在设备安装平台上下表面采取减振措施的复合隔振方案。进行了振动环境飞行实测,得到了设备安装部位的环境振动信号。基于实测信号,采用试验手段,进行了设备安装平台的复合式隔振设计方案优选,给出了有效降低机载设备振动响应的最佳隔振设计方案。     

闸阀参数化设计系统开发

综合应用尺寸驱动法等参数化方法对闸阀进行高效设计,基于SolidWorks平台,建立了完整的参数化闸阀设计系统。该系统能够完成闸阀装配体和零部件结构的设计,并自动生成三维模型,实现了闸阀参数化设计,降低了设计难度,缩短了设计周期。通过实例进行验证,证明系统可应用于实际的工程设计中。     

基于AMESim商用汽车AMT换挡执行机构设计与仿真分析

根据某型客车变速器结构设计了一种气动A M T自动换挡系统方案。分析换挡要求,计算换挡所需最大换挡力,确定换挡气缸主要参数。以A M Esim软件为平台,对执行气缸进行建模,对自动换挡系统的主要参数进行动态仿真分析。为A M T优化设计提供了理论依据。     

压电陶瓷人体能量收集系统的设计与实验

为利用压电材料收集人体能量,设计了一种人体能量收集系统,可以在人行走过程中产生电能,该机构被安装在人腿的膝盖部位,选择性地在腿部摆动结束阶段连续地按压压电陶瓷片参与发电,另外还设计了压电发电装置的能量存储与控制电路,并实验了其发电特性,该装置非常适合给假肢或者其它便携式医学设备充电。     

机械设计课程精品教材建设案例分析

通过对几本典型机械设计教材的分析,介绍机械设计精品教材建设的条件和机械设计精品教材的特点。     

离合器试验系统机械惯量电模拟控制方法研究

为解决传统离合器性能试验系统中机械惯性飞轮组重量大、调整困难及存在惯量级差等问题,将机械惯量电模拟技术引入离合器试验系统。通过分析汽车行驶过程中受力情况,建立了离合器动力学模型,并结合离合器试验系统特点,提出了转矩反馈转速闭环控制的机械惯量电模拟控制方法,并在离合器试验系统中实现,与传统机械惯性飞轮组模拟的不同路况条件下离合器起步对比试验。试验结果表明:该控制方法能够较为准确地模拟离合器起步过程中转速、转矩变化特点。     

编织-嵌槽型金属橡胶制备工艺及试验研究

介绍了编织-嵌槽型金属橡胶的工艺方法。通过压缩试验,对比了编织-嵌槽型金属橡胶与普通金属橡胶的静态特性,研究了密度和厚度对编织-嵌槽型金属橡胶压缩性能的影响。结果表明:工艺参数相同时,编织-嵌槽型金属橡胶在承载能力、隔振频带以及性能的一致性等方面均优于普通金属橡胶;增大密度会使编织-嵌槽型金属橡胶的刚度升高,并使其线性阶段缩短;厚度对材料线性阶段的刚度和范围影响不大,而厚度的增加会降低材料在硬化阶段的刚度。     

基于DSP的数据采集与显示系统

为适应工业应用现场以及智能化仪器仪表对便携式高速数据采集和显示终端设备的需求,设计了基于TMS320F2812DSP芯片的实时数据采集和显示系统,该系统可对前端传感器输出的模拟电压信号进行实时采集、处理、显示和存储.文中对该方案的硬件接口电路和软件驱动程序进行了设计,同时给出了软、硬件实现的相应电路图、程序流程图以及具体程序段.该设计方案结构简单、成本低、抗干扰能力强、性能稳定可靠,能够有效进行快速实时的数据采集和显示工作,试验调试取得了良好的效果.另外,该设计对其他便携式系统数据采集和显示终端的设计也具有一定参考价值.     

超硬磨料碟形砂轮新型修整器设计及其稳定性实验研究

介绍了一种新型的碟形超硬磨料砂轮修整器。该修整器采用SiC和金刚石磨料杯形砂轮作为修整工具可以对刚性较差的大直径碟形超硬磨料砂轮完成修形和修锐工作,并利用变频器实现修整时的无级调速以达到最佳修整效果。通过以修整力为研究对象对修整器的系统工作稳定性进行了实验研究,得出该新形修整器的工作稳定性好,可以满足超硬磨料碟形砂轮的精密修整工艺要求。