壓電型氣體隔膜泵設計理論與關鍵技術研究

《壓電型氣體隔膜泵設計理論與關鍵技術研究》是依託吉林大學，由李欣欣擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：壓電型氣體隔膜泵設計理論與關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李欣欣
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

開發一種利用壓電振子激勵系統共振而形成隔膜大幅振動、進而驅動氣體流動的壓電隔膜泵，研究其基本理論與構成方法，探明壓電振子、隔膜、質量塊、彈性支撐片以及閥等各固體構件的動力學關係，揭示氣-固耦合作用機理及換能過程的基本規律，解決系統共振穩定與持久維持等關鍵技術問題，開發出具有使用價值的壓電隔膜泵樣機，從付嚷體汽理論與試驗兩方面說明以共振方式構造壓電型氣體隔膜泵是可行的。由於在共振狀態下工作，且壓電振子僅提供振動激勵而不直接作用於氣體，也不使用電機與設故霸定凸輪，因而兼具壓電泵與電磁隔膜泵的優點。由本項目首先提出，已開始基礎研究，目前國內外均未見有相同方式隔膜泵的研究報導。

結題摘要

提出了一類利用壓電振子激勵系統共振而形成隔膜大幅振動、進而驅動氣體流動的壓電隔膜泵，研究了其基本理論與構成她采方法，進行了電振子、隔膜、質量塊、彈性支撐片以及閥等各固體構件的結構設計與動力學分析，在此基礎上解釋了氣-固耦合作用機理及換能過程的基本規律。解決了系統共振穩定與持久維持等關鍵技術問題，開發出具有使用價值的壓電隔膜泵樣機。具體工作包括：①對泵用壓電振子特性進行了研究，利用彈性力學、板殼理論和材料力學相關理論，建立了雙晶片壓電振子彎曲變形的解析模型，在此基礎上提出了壓電振子等效集中力的方法並得到了等效集中力的解析計算模型，並利用該方法對系統動力學模型的輸入特性進行了分析，並在形成樣機後對振子的疲勞壽命進行了研究。②對壓電泵用單向閥的動力學特性進行了研究，發現了壓電泵閥不完全關閉的工作狀態，在此基礎上建立了隔膜泵的流量模型。③進行了氣體隔膜壓電棕嘗滲泵的結構設計，提出了基於傘型橡膠閥的單腔氣體壓電泵，對其發熱特性進行了研究，用實驗數據說明了現有結構氣體壓電泵存在的流量小、發熱量大等問題。隨後展開了對具駝臭院有共振放大機構的氣體隔膜泵的研究，提出了兩種具有不同諧振位移放大機構的氣體隔膜壓電泵，建立了其系統動力學模型和流量輸出模型，並進獄籃虹行了試驗驗證，結果表明其位移可放大4倍以上。為了解決使用中出現的系統頻率受負載影響的問題，提出了可主動控制系統共振頻率的磁力彈簧式壓電共振氣體泵，為實現系統的閉環控制奠定了基礎。此外，提出了矩形壓電振子間接驅動式隔膜泵、鐃鈸形腔體的共振式壓電泵、具有混合電磁力彈簧的壓電泵、腔閥一體式壓電泵、新型疊層式壓電泵、多振子壓電泵和懸臂樑驅動式壓電隔膜泵等新型氣體壓電泵構成方式並已形成了相關的專利保護。通過上述工作，從理論與烏鍵櫃試驗兩方面說明以共振方式構造壓電型氣體隔膜泵是可行的，本工作為微小型氣體驅動提供了一種新的方法。