《壓電流體慣性驅動器的基礎理論及關鍵技術研究》是依託浙江師範大學，由溫建明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：壓電流體慣性驅動器的基礎理論及關鍵技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：溫建明
- 依託單位：浙江師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
提出一種新型壓電流體慣性驅動技術的研究思路。該驅動技術結合了壓電慣性驅動技術與壓電流體驅動技術的特點，形成高頻、低壓電信號輸入轉換為低速/低頻、高驅動力/壓力、精密位移/流體輸出的方案，探討這種驅動能力的形成理論和方法，進而構造驅動能力強、能量轉換率高、大行程且易於控制的新型壓電流體慣性驅動器，用於航空航天、燃料電池燃料供給、藥物輸送等領域。主要研究內容：① 建立壓電振子、流體及負載間耦合作用的動力學模型，獲得機、電、液系統要素對驅動器性能的影響規律和參數最優匹配關係；② 進行多種方案樣機的製作與試驗，測試分析驅動器工作負載、剛度及相關結構參數對驅動器的驅動能力、速度/流量及回響特性的影響規律，獲得影響大行程、高驅動能力輸出的關鍵要素及最優驅動與控制方案；③ 完成集成樣機的設計與製作（2台以上），提供設計方法和關鍵技術。項目的工作拓寬壓電驅動器的套用領域，為壓電驅動器的進一步研究提供依據。
結題摘要
本項目以壓電流體慣性驅動器為研究對象，提出兩種機械控制式壓電慣性驅動器，即變摩擦式慣性壓電驅動器與非對稱慣性壓電驅動器，在此基礎上，為提高壓電流體驅動器輸出能力，提出利用壓電流體驅動技術、壓電慣性驅動技術與系統諧振技術相結合實現流體輸出的新方案，研究這種驅動能力的形成機理與方法。主要內容：（1）變摩擦式慣性壓電驅動器研究。基於通過控制正壓力進而改變摩擦力的方案，提出以壓電疊堆為動力轉換元件的慣性壓電旋轉驅動器。設計製作了壓電旋轉驅動器試驗樣機並對其進行了試驗測試，試驗表明，該驅動器輸出步長線性度較好，當驅動電壓為10V、頻率為5Hz時，驅動器旋轉步長為20μrad。（2）非對稱慣性壓電驅動器研究。提出了新型非對稱夾持慣性壓電旋轉驅動器的研究方案，設計研製了非對稱夾持慣性壓電旋轉驅動器樣機並進行了試驗研究，結果表明研製的樣機可以實現大行程（360º）、高解析度（2μrad）、高旋轉步長（146.36μrad）的穩定轉動。為提高驅動器穩定性及輸出能力，提出了摩擦力調節裝置和磁力放大機構來解決現有問題的研究策略，設計了研製驅動器的樣機並進行了試驗測試，結果表明驅動器最小解析度為0.85μrad，最大角速度和輸出載荷分別可達4.02 rad/s和980 mN。與上述驅動器相比具有輸出穩定、解析度高、線性度和可控性好、輸出載荷大等優點。（3）變摩擦式與非對稱式慣性壓電驅動器對比分析。對非對稱式和變摩擦力式慣性壓電驅動器驅動器進行對比試驗研究，結果表明：非對稱式驅動器的旋轉步距、回退率大於變摩擦力式，且線上性度和重複性方面均優於變摩擦力式。（4）基於慣性驅動的諧振型壓電研究。採用交流信號激勵壓電晶片振子往復振動，帶動端部質量塊往復擺動產生周期變化的慣性衝擊力激勵系統諧振，實現大流量、高輸出壓力流體輸出。分析了隔膜的撓度，並對隔膜進一步最佳化，從腔體的容積變化率、閥的滯後性及其殘留氣泡等方面對共振泵輸出性能的影響進行了分析，設計研製了基於慣性驅動的諧振型壓電泵並進行了試驗測試，結果表明，在外加驅動電壓100V，驅動頻率96Hz時，諧振型壓電泵的最高輸出流量是187.6ml/min，最大輸出壓力是64.8kPa。項目研究工作期間，已公開發表論文12篇，其中SCI檢索期刊3篇，EI檢索期刊7篇，獲得發明專利5項，實用新型專利10項，協助培養碩士研究生6名。
