壓電隔膜泵中壓電振子共振
導讀:利用系統(tǒng)共振的原理，提出了一種慣性式壓電驅(qū)動隔膜泵，有效增加了壓電振子的壽命并提高流體輸送性能。
來源：未知
發(fā)布日期：2024-06-17 10:36【大 中 小】
壓電隔膜泵經(jīng)過多年的研究發(fā)展，在精度、體積、響應(yīng)速度等方面都有著顯著的進步，但其在流量輸出方面還存在著劣勢。盡管研究人員也設(shè)計出了多腔單振子型、多腔多振子型壓電隔膜泵、壓電堆疊型共振泵，但由于多腔室導致體積過大，多振子壓電堆疊導致的成本昂貴等原因，達不到市場上的預期效果。另外，普通的壓電泵在輸送流體的過程中，如果要達到輸出流量大、輸出壓力高則驅(qū)動部分必須要有較大的變形量。在此過程中壓電驅(qū)動部分的材料也必須要有較大的振幅，因而在系統(tǒng)工作時，壓電振子在泵腔中還會出現(xiàn)振子發(fā)熱、易碎、噪聲大等問題，影響系統(tǒng)的工作壽命。而壓電隔膜泵中壓電振子則可以避免此類問題，這種壓電隔膜泵不僅提高了泵眸的輸出效果，同時壓電振子的振幅也不需要太大，進而提高了壓電振子的便用壽命。天津津騰利用系統(tǒng)共振的原理，提出了一種慣性式壓電驅(qū)動隔膜泵，既有效增加了壓電振子的壽命又提高了流體輸送性能。
研究人員設(shè)計了一種慣性式壓電聚動隔膜泵，壓電隔膜泵采用圓環(huán)形壓電振子作為驅(qū)動力源，利用系統(tǒng)共振原理將振動激勵傳送到隔膜片，隔膜發(fā)生形變引起腔體體積發(fā)生變化，從而實現(xiàn)氣體的單向流動。通過建立壓電振子的受力模型并結(jié)合振動微分方程，從靜力學和動力學兩個方面分析變形的影響因素，分析壓電振子的材料特性、傳動機構(gòu)、支撐方式。利用有限元仿真對壓電振子的模森進行了計算，對壓電振子的輸出性能進行了測試以及疲勞壽命試驗。
結(jié)合COMSOL仿真軟件對調(diào)整機構(gòu)進行模態(tài)仿真分析，通過建立調(diào)整機構(gòu)的振動力學模型，求解出有阻尼和無阻尼下的動態(tài)響應(yīng)。然后對壓電隔膜泵腔體的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和分析，結(jié)合軸對稱薄圓板小撓度和板殼理論對壓電振子和隔膜片的剛度進行了計算。對壓電隔膜泵整體進行設(shè)計與分析。通過模態(tài)仿真計算出壓電隔膜泵工作模態(tài)，將整體系統(tǒng)等效為三自由度受迫振動模型，建立微分方程并通過自由振動衰減法確定了系統(tǒng)的粘性阻尼。利用MATLAB對系統(tǒng)的諧振頻率進行分析。
綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析，天津津騰壓電隔膜泵采用泵腔隔膜與驅(qū)動裝置分離的設(shè)計方法，可以減小安裝空間對壓電驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)的限制，從而可以將更多種類的壓電驅(qū)動器應(yīng)用到壓電隔膜泵中。壓電隔膜泵主要運用共振原理，使壓電聚動器振幅通過隔膜被放大，從而提高泵腔體積的變化量。壓電隔膜泵與傳統(tǒng)壓電泵相比具有輸出流量大、輸出壓力大的優(yōu)勢，可實現(xiàn)對各種流體的輸送。
