两腔压电泵结构与特性

介绍了两个压电振子所构成的两腔串联和两腔并联压电泵的结构及工作原理,分析了两个压电振子驱动方式(同步工作和交叉工作)对两种结构压电泵输出性能的影响规律。制作了两腔串联和两腔并联压电泵的试验样机,分别测试了两个腔体同步工作和交叉工作状态下压电泵的输出能力,并与理论分析的结果进行了对比。理论和试验两方面的研究结果表明,在相同驱动电压和频率条件下,两个腔体交叉工作时压电泵的输出能力较好,其中并联泵的流量最大,为单个腔体流量的2倍;而串联泵的流量串联泵压力最大,是单个腔体输出压力的2倍,同时其流量也有大幅度提高,约为单个腔体流量的1.4倍。     

新型金属阀在小型压电泵中的应用

为了减小压电泵的体积以便可在新的领域中使用,该文设计了一种新型压电泵。对该型压电泵的驱动原理、机械结构、制造方法和机械性能等进行了研究。首先说明了单腔单压电振子泵的工作原理;接着提出了新型的金属单向阀,这种单向阀为整体开启式,可有效提高阀的使用寿命;然后讨论了该压电泵中组件的加工方法和装配后的整机尺寸的大小;最后介绍了该压电泵在医用胰岛素推注方面的应用。实验结果表明,新型的压电泵可承受背压为30 kPa,泵的整体尺寸为17 mm×20 mm×5 mm,推注液体精度可达到1.2μL。设计制作的整体开启式单向阀的性能稳定可靠、能承受较高背压,该型压电泵具有推注压力高、流量稳定等特点。     

单腔双振子压电泵的结构设计与实验研究

对单腔体双振子压电泵进行结构设计,并分析了泵的工作原理。对泵在电源信号同步激励和异步激励下进行实验结果测试,得到同步激励下的输出效果好于异步激励,并分析了泵在异步激励下能够工作的原因。将泵在不同进出口管长的情况下进行实验测试发现,进出口管长对泵的最佳工作频率及流量输出有很大影响。把单腔双振子压电泵的输出性能同单腔单振子压电泵的进行实验比较,证明采用双振子结构使泵的输出性能比单振子结构有很大提高。     

多腔体并联锥形管无阀压电泵输出流量研究

分析了压电振子各个振动状态下锥形管无阀压电泵的输出流量，推导出流量公式，分析了并联结构下多腔体的整体输出流量与单个腔体输出流量之间关系。设计制作了两腔体、四腔体并联扁锥管无阀压电泵样机并进行了流量测试，实验测得四腔体并联结构最大输出流量可达9．2mL／min。     

无阀压电泵的泵腔容积变化量

通过对简支边界条件、电压驱动下复合压电振子的振动分析，推导了复合压电振子的运动方程，从而导出了复合压电振子变形后所包围的体积即无阀压电泵的泵腔容积变化量的计算公式，分析了泵腔容积变化量与复合压电振子最大变形量之间的变化关系，给出了通过复合压电振子最大变形量来计算无阀压电泵泵腔容积变化量的计算式。     

整体开启阀微型压电泵实验研究

介绍一种由整体开启阀构成的压电泵的结构,对这种整体开启阀进行了有限元分析并与悬臂梁阀作比较。制作了三种阀片并分别制作了样机。通过对样机的性能测试及实验数据分析发现,阀片的弹性系数、腔体高度、驱动电压和工作频率等因素对压电泵性能影响较大,且该结构泵在低频时工作情况较好,在150 V、100 Hz下,所测试的样机输出压力达26 kPa。     

Y型双入水流道双出水流道无阀压电泵研究

针对Y型流道无阀压电泵输送流体流量较小,该文设计了一种Y型双入水、双出水流道无阀压电泵结构,泵送的介质流动平稳,无湍流形成,故可用于血细胞及大分子生物基团的输送。对压电振子进行了理论分析。通过与Y型单入水流道单出水流道压电泵的实验对比,证明了用增加流道数目的方法可提高无阀压电泵输送流量的结论。     

压电泵振动模态的有限元分析

采用有限元法，利用ANSYS软件，通过建模、划分网格、加载和求解等途径，计算出压电射流角速度传感器压电泵的前3阶振动模态。结果表明，采用基频作为工作频率最理想．与实测值比较，有限元法计算值相对误差小于6．1％，优于能量法计算值。该方法为压电射流角速度传感器压电泵的优化设计提供了重要的依据。     

压电阀中的微位移放大机构

压电陶瓷材料具有优良的力学性能和响应特性,将其作为智能执行器应用于液压阀中,是持续多年的研究热点。但压电驱动器输出仅为微米级,难以直接满足液压阀的使用要求,因此需要设计相应的微位移放大机构。首先,重点介绍了柔性铰链放大机构及其在压电阀中的典型应用,根据原理可分为杠杆、三角、桥式等放大形式;其次,归纳了基于液压放大和晶片放大机构的两类压电阀的代表性结构和性能特点;最后,分析对比了三类放大机构应用于压电阀中的优缺点。结果表明,铰链放大结构简单,再现性好;液压放大占用空间小,频带宽,倍数高;晶片放大频响高,只适用于伺服和先导控制。     

中间固定式双压电晶片大流量压电泵的研究

为实现结构紧凑、大流量泵在便携产品中的应用,提出以中间固定的圆形双晶片压电振子为激励的压电泵。通过仿真及理论计算对比可得,与传统的边沿支撑振子的压电泵相比,在振子振动单个周期内,中间固定式的泵的腔体体积变化量提高了近50%。实验所用样泵的尺寸为42 mm×42 mm×14 mm,用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)尺寸为25mm×0.2 mm的压电双晶片激励,该泵在380 Hz,320 V的正弦激励下,最大流量可达到800mL/min。     

基于压电致动的微流体主动控制阀的研究

介绍了一种采用圆盘形压电振子作为致动元件的微流体主动控制阀。通过圆盘形压电振子的变形改变其与圆环面边界间的过流间隙以实现微流体主动控制阀的开启、关闭及其程度,并建立了微流体主动控制阀的流量控制模型。在此基础上,对作用于圆盘形压电振子上的控制电压和进出口压差对微流体主动控制阀流量的控制特性进行了仿真与分析。研究结果表明,通过改变作用于压电振子上的控制电压可实现阀流量的连续控制,通过改变微流体主动控制阀的进出口压差也可在一定程度上控制阀流量。     

压电执行器及其在液压阀中的应用

以压电执行器为核心的高速开关阀及伺服阀等压电式液压阀具有频响高,微动性能好,结构紧凑等优点,是新型阀控类型之一,受到国内外研究者的持续关注。首先,该文介绍了阀用压电执行器的分类和特点,根据工作原理分为直推式和步进式2类4种形式;其次,对先导型、直动型、喷嘴挡板型和开关型4种典型压电阀的研究进展进行了梳理,分析了各自的代表性结构、性能特点。结果表明,随着未来对液压阀精密化、智能化需求的提升,压电液压阀的应用前景更广。因此,除高性能介电材料开发外,如微位移放大、迟滞补偿控制等关键压电驱动与控制技术仍有待深入研究。     

压电式合成射流致动器的设计与实验研究

采用两种不同的压电陶瓷片制作了压电振子,基于压电振子设计了不同喷口形式和压电振子布局形式的合成射流致动器.实验中利用热线风速仪对致动器喷口中心的速度进行了测量.结果表明,所设计的合成射流致动器喷口峰值速度达22.55 m/s,致动器典型布局时方形缝倾斜角对喷口峰值速度影响较大,90°法向射流比45°倾斜射流能获得更大的喷口动能,射流法向喷出时致动器典型布局比侧面布局能获得更多的喷口动能.     

精密直线压电驱动器的设计与研究

针对现有直线驱动器精度及输出位移受限等问题,该文基于改进的尺蠖原理,以压电陶瓷堆为动力源设计了一种新型精密直线驱动器。首先介绍该驱动器的结构原理、运行过程及实现方式,然后对该驱动器所用压电陶瓷的特性进行分析,并采用ANSYS对主要部件进行有限元分析。本驱动器采用特有柔性铰链结构和柔性箝位片设计结构,可实现双向移动和输出位移不受限,有效弥补了现有驱动器的一些不足,实用价值较高,有望在微驱动领域推广与应用。     

圆形压电单晶执行器的静态模拟与实验验证

为了对圆形压电单晶执行器(CPUA)和基于圆形压电单晶执行器的系统(如微阀、微泵等)进行优化设计,基于经典薄板理论并将粘结层作为单独一层考虑,建立了固支边部分覆盖圆形压电单晶执行器在作用电压控制下的挠度特性模型并进行了实验验证.实验结果表明,用建立的模型预测圆形压电单晶执行器的静态挠度与实际测得值吻合,相对误差在4.83%以内,中心挠度相对误差在0.72%以内.     

压电叠层作动器机电性能实验分析

对压电叠层作动器的机电性能进行了实验测试与分析。主要测量了重复精度、稳定性、不同负载的位移输出、迟滞度、刚度特性等参数,为确定作动器在主动杆中的最优预载荷等提供参考数据。实验结果证实了作动器的重复精度为±0.5μm,最大漂移量为0.1μm,机电特性与外加负载有很大关系:一定压应力下的压电作动器输出位移增大,位移输出迟滞度会有一定程度的改善;弹性模量随应力和驱动电压的增大而逐渐增大,但电压升至一定程度时将基本趋于稳定。     

新型压电单振子移动机构的试验研究

提出通过改变压电移动机构和接触面之间正压力的方法,改变机构不同方向的摩擦力,使机构沿规定方向运动的惯性冲击式压电移动机构的工作机理,设计并研制了试验装置,并进行了试验研究,试验表明,机构在方波这种对称信号的激励下就能够实现可控的正向直线运动。     

惯性式压电陶瓷驱动器的研究

详细讨论了惯性式压电陶瓷驱动器的驱动原理,建立了惯性式压电陶瓷驱动器的动力学模型,从理论上分析了驱动器的驱动电压与驱动力、位移之间的关系,作出了驱动电压与驱动力、位移之间的关系图,通过实验得到的数据作出驱动电压与驱动力、位移图,理论分析结果的图像与实验结果的图像是一致的,证明所建立的贯性式压电陶瓷驱动器动力学模型是合理的。     

新型压电扭转驱动器的设计与试验研究

为实现压电扭转驱动器结构的简化,提高能量使用效率,设计了一种新型压电扭转驱动器.使用压电陶瓷双晶片在外加电场下的弯曲位移,通过简单的运动转换机构实现扭转位移的输出.采用激光反射测角法对驱动器输出的微小角度进行了测量,并与有限元仿真结果进行了比较.通过试验证明该方法制作压电扭转驱动器的可行性,并进行了误差分析,为进一步优化设计提供了理论依据.