压电流体惯性驱动器的基础理论及关键技术研究
结题报告
批准号:
51205369
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
温建明
依托单位:
学科分类:
E0512.微纳机械系统
结题年份:
2015
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
阚君武、蒋永华、李熹平、杨虹、张海滨、凌荣华
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中文摘要
提出一种新型压电流体惯性驱动技术的研究思路。该驱动技术结合了压电惯性驱动技术与压电流体驱动技术的特点,形成高频、低压电信号输入转换为低速/低频、高驱动力/压力、精密位移/流体输出的方案,探讨这种驱动能力的形成理论和方法,进而构造驱动能力强、能量转换率高、大行程且易于控制的新型压电流体惯性驱动器,用于航空航天、燃料电池燃料供给、药物输送等领域。主要研究内容:① 建立压电振子、流体及负载间耦合作用的动力学模型,获得机、电、液系统要素对驱动器性能的影响规律和参数最优匹配关系;② 进行多种方案样机的制作与试验,测试分析驱动器工作负载、刚度及相关结构参数对驱动器的驱动能力、速度/流量及响应特性的影响规律,获得影响大行程、高驱动能力输出的关键要素及最优驱动与控制方案;③ 完成集成样机的设计与制作(2台以上),提供设计方法和关键技术。项目的工作拓宽压电驱动器的应用领域,为压电驱动器的进一步研究提供依据。
英文摘要
In this project, a new fluid inertial piezoelectric driving technology based on the current piezoelectric inertial driving technology and piezoelectric fliud driving technology is proposed to transform the high frequency, low voltage signal into an output characterized with low speed (low frequency), high driving force (pressure) and precise displacement (fluid flow), and analyze the driving force transformation method and theory, and then a new piezoelectric fliud inertial actuator characterized with high driving force, high energy efficiency, large stroke and easy control has been developed for use the appliactions fields such as aerospace、fuel feeder of fuel cell and drug delivery. The aim contents of this project include: ①to establish the dynamic model among the piezoelectric vibrator、fluid and load,and obtain the influence and matching relationship of the key parameters; ②to produce prototypes with different parameters to measure the performance of driving force and speed as the parameters vary, and analyze the optimized scheme to obtain large stroke and high driving force; ③to provide at least 2 integrated prototypes as well as the design details and the key technologies. Research in this project will help to expand the application fields of piezoelectric actuators and provide the evidence for the study of the piezoelectric actuators.
本项目以压电流体惯性驱动器为研究对象,提出两种机械控制式压电惯性驱动器,即变摩擦式惯性压电驱动器与非对称惯性压电驱动器,在此基础上,为提高压电流体驱动器输出能力,提出利用压电流体驱动技术、压电惯性驱动技术与系统谐振技术相结合实现流体输出的新方案,研究这种驱动能力的形成机理与方法。主要内容:1)变摩擦式惯性压电驱动器研究。基于通过控制正压力进而改变摩擦力的方案,提出以压电叠堆为动力转换元件的惯性压电旋转驱动器。设计制作了压电旋转驱动器试验样机并对其进行了试验测试,试验表明,该驱动器输出步长线性度较好,当驱动电压为10V、频率为5Hz时,驱动器旋转步长为20μrad。2)非对称惯性压电驱动器研究。提出了新型非对称夹持惯性压电旋转驱动器的研究方案,设计研制了非对称夹持惯性压电旋转驱动器样机并进行了试验研究,结果表明研制的样机可以实现大行程(360º)、高分辨率(2μrad)、高旋转步长(146.36μrad)的稳定转动。为提高驱动器稳定性及输出能力,提出了摩擦力调节装置和磁力放大机构来解决现有问题的研究策略,设计了研制驱动器的样机并进行了试验测试,结果表明驱动器最小分辨率为0.85μrad,最大角速度和输出载荷分别可达4.02 rad/s和980 mN。与上述驱动器相比具有输出稳定、分辨率高、线性度和可控性好、输出载荷大等优点。3)变摩擦式与非对称式惯性压电驱动器对比分析。对非对称式和变摩擦力式惯性压电驱动器驱动器进行对比试验研究,结果表明:非对称式驱动器的旋转步距、回退率大于变摩擦力式,且在线性度和重复性方面均优于变摩擦力式。4)基于惯性驱动的谐振型压电研究。采用交流信号激励压电晶片振子往复振动,带动端部质量块往复摆动产生周期变化的惯性冲击力激励系统谐振,实现大流量、高输出压力流体输出。分析了隔膜的挠度,并对隔膜进一步优化,从腔体的容积变化率、阀的滞后性及其残留气泡等方面对共振泵输出性能的影响进行了分析,设计研制了基于惯性驱动的谐振型压电泵并进行了试验测试,结果表明,在外加驱动电压100V,驱动频率96Hz时,谐振型压电泵的最高输出流量是187.6ml/min,最大输出压力是64.8kPa。. 项目研究工作期间,已公开发表论文12篇,其中SCI检索期刊3篇,EI检索期刊7篇,获得发明专利5项,实用新型专利10项,协助培养硕士研究生6名。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1007/s00542-015-2608-2
发表时间:2016-08
期刊:Microsystem Technologies
影响因子:--
作者:J. Ma;Jianming Wen;G. Cheng;P. Zeng
通讯作者:J. Ma;Jianming Wen;G. Cheng;P. Zeng
DOI:10.1016/j.sna.2015.01.007
发表时间:2015-03
期刊:Sensors and Actuators A-physical
影响因子:4.6
作者:G. Cheng;Hu Yili;Jianming Wen;P. Zeng;Chunmei Xing
通讯作者:G. Cheng;Hu Yili;Jianming Wen;P. Zeng;Chunmei Xing
DOI:--
发表时间:2016
期刊:中国机械工程
影响因子:--
作者:温建明;程光明;马继杰;曾平;阚君武
通讯作者:阚君武
DOI:--
发表时间:2015
期刊:光学精密工程
影响因子:--
作者:程光明;曾平;温建明;李新辉
通讯作者:李新辉
DOI:--
发表时间:2013
期刊:光学精密工程
影响因子:--
作者:曾平;张忠华;阚君武;程光明
通讯作者:程光明
驱动检测控制集成化压电精密驱动器作用机 理及关键技术
  • 批准号:
    Z24E050033
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    温建明
  • 依托单位:
国内基金
海外基金