仿尾鳍式变截面摆动振子无阀压电叠堆泵的结构设计

受具有高速巡游速度的金枪鱼的启发,提出了一种微脉动、大流量、仿尾鳍变截面振子无阀压电泵。以压电叠堆为激励源,设计了仿尾鳍变截面振子,实验验证了振子的二阶弯振和金枪鱼高速巡游的摆动模式一致。利用有限元分析软件ANSYS分析了振子的模态振型,提出了模态分离更好的Y型振子。为避免压电叠堆受力不均匀而受到损坏,采用钢球和隔离块作为压电叠堆传递力和振动的媒介,实现了压电叠堆和泵腔内液体的干湿分离。设计了二级杠杆/柔铰机构,放大了振子端部柔性叶片摆动幅度。最后,研制了样机,并进行了不同驱动频率下的仿尾鳍式变截面摆动振子无阀压电叠堆泵的流量测量,结果表明,在80V正弦电压的激励下,激励频率为1 350Hz时泵的流量达到峰值(400ml/min)。本设计方案能够有效地提高泵的性能,满足工程实践中对大流量无阀压电泵的需求。     

细胞或高分子输送用"Y"形流管无阀压电泵的工作原理及流量特性

在泵腔上安装两支互为倒置的具有一定夹角的三通流管,组成泵腔的流入、排出口,并与压电振子、泵体及其他部件共同构成了"Y"形流管无阀压电泵.该泵无自身化学污染源及电磁污染源,也没有阀的开启过程;同时,具有极大的可微小化和集成化的结构能力;而且,在流管内产生的漩涡相对较小,有利于输送活体细胞及长链高分子.提出新型"Y"形流管无阀压电泵的结构.基于有限体积法,分别模拟锥形流管与"Y"形流管中的压力分布与速度矢量分布,证明"Y"形流管中的漩涡远小于圆锥流管中的漩涡,速度、压力的变化也较圆锥流管低.通过具体分析压电振子的振动,建立泵容积变化方程;同时建立泵流量与压电振子频率之间的关系式.最后,通过对所研究的"Y"形流管无阀压电泵进行流量试验后证明"Y"形流管无阀压电泵具有泵特性,进而证明了上述理论模型的正确性.     

"Y"形流管无阀压电泵流量及流管流阻特性分析

目前已有无阀压电泵所采用的无移动部件阀要么结构复杂,要么会产生速度、压强变化显著的湍流流场,不利于应用在医疗、卫生、保健等领域进行活体细胞或长链高分子细胞的输送.针对这些问题,研制一种新型无阀压电泵--"Y"形流管无阀压电泵,并对其进行模拟及试验研究.结合医疗领域输血、输液工作的需要,分析当前几种典型无移动部件阀的优缺点,并介绍"Y"形流管无阀压电泵及其流管的特点.对"Y"形流管无阀压电泵进行理论分析,建立泵流量计算公式.基于有限元法对"Y"形流管内流体流动状态进行模拟,得到"Y"形流管内正反流压强变化规律及内部涡旋较锥形流管内涡旋小的结论,并计算得到"Y"形流管正反向流阻.对"Y"形流管无阀压电泵进行理论与试验流量的比较分析,结果表明,理论泵流量与试验泵流量的最小与最大相对误差分别为7%、13%,也证明了理论分析与数值模拟是正确的.     

热塑性聚氨酯材料柔性外壳3D打印技术

针对全柔性伸缩型机械臂外壳在3D打印过程中产生的不粘连现象,提出了一种通过减少工件自身压缩量从而优化整体打印效果的方法.运用Inventor三维建模软件结合Cura 3D打印软件对柔性臂外壳进行建模,并利用3D打印机对热塑性聚氨酯材料进行3D打印加工.通过观察试件的实际打印效果,对打印过程中所产生的不粘连的失效形式进行了分析与研究,在利用不同参数水平对同一试件进行打印后,发现不同参数均通过影响工件的压缩量而影响最终的打印效果.为减少工件受重力产生的压缩量,分别提出设置温差、增加散热与增加表面支撑等改进方法,并将改进后的打印效果与原打印效果进行了对比.试验结果表明:添加表面支撑的方法对提高打印效果作用最大,可以将总体不粘连率从8.2%下降到2.5%,验证了所提出改进方案的合理性.     

压电振子及流体对泵近场噪声的影响

研究了压电振子的弯曲振动形变及振动辐射噪声.首先建立压电泵压电振子振动方程,导出弯曲振动形变函数;提出用微平面活塞振动理论简化压电振子振动模型,推导了近场声压理论计算方程及泵内流体对泵噪声贡献量方程;最后把理论计算结果与试验结果进行比较分析,分别得出在不同频率下压电振子及泵内流体对泵噪声贡献的大小.在输入频率为50 Hz时,泵噪声的理论值为45 dB,实际值为37 dB,泵内流体对泵噪声的影响较大,实际值与理论值的相对误差为21.6%;在输入频率为120 Hz时,泵噪声的理论值为61 dB,实际值为62 dB,泵内流体对泵噪声的影响较小,实际值与理论值的相对误差为1.6%,证明了本研究所提出理论的正确性.     

泵用压电振子动态特性的研究

为了提高压电泵的效率、优化压电泵的结构,对泵用压电振子的动态特性进行了研究。介绍了一种新型压电泵——Y形流管无阀压电泵的结构和工作原理;对Y形流管无阀压电泵压电振子的振动状态进行了理论分析,得到了压电振子的固有频率及最大振幅的理论计算公式,并证明了理论分析结果的正确性;根据理论分析结果,对压电振子几何参数和基底层材料对其振动特性的影响进行了分析讨论。分析结果表明：压电振子的PZT层与基底层的直径比应在0.75左右,厚度比应小于1;基底层材料对频率影响较大,但对最大振幅影响较小。     

抽样定理在周期性非连续信号的压电泵气穴现象中的应用方法

抽样时间间隔由抽样定理来决定.压电泵气穴现象所摄取的连续画像也应遵从该定理来抽取得到不连续的静止画像.可是,作为由振动形式驱动的压电泵,气穴现象只发生在吸入工程,了解其气穴现象统计特性时,如果按着抽样定理,在吐出工程的半周期,即使是不发生气穴现象也必须依次抽样.若利用这样的数据系统,数据的样本将过大,对其解析的时间性与经济性均不利.而且,在吐出工程的半周期,是与气穴无关系的信号.因此对于气穴现象数据系统,可以说是输入了错误情报信号.为此,开发了适用于压电泵气穴现象周期性非连续信号的抽样定理的方法;同时,利用这个方法,以有阀压电泵为例,调查了该泵的气穴现象特性之一的中心多发性,发现里利用新方法测得的中心多发几率高于原方法.     

非对称坡面腔底无阀压电泵

提出了一种新型的非对称坡面腔底无阀压电泵,这种泵巧妙地利用了泵腔内部的空间,将泵腔底部沿吸入口和排出口方向设计成非对称坡面形状,非对称坡面腔底与压电振子之间形成非对称交替排列的一组锥形流道.当泵工作时,使流体产生单向流动,从而可以不再需要传统的锥形流管;建立了这种泵关于平均值的流阻系数与泵流量关系的力学模型,并利用该模型分析了泵的工作原理;最后制作了非对称坡面腔底无阀压电泵,利用试验证明了上述理论的正确性.试验用泵采用的工作电压为220 V,工作频率为50 Hz,压电振子有效直径为30 mm,当非对称坡面的倾角差为70°,工作介质为水时,泵产生了4.67 mm水柱的压差.     

"Y"形流管无阀压电泵振动分析及泵流量计算

为了解决医疗、卫生、保健领域进行细胞或高分子等输送工作的需要,研制了一种新型的压电泵——"Y"形流管无阀压电泵,并对其压电振子振动特性及泵流量计算进行了研究。介绍了"Y"形流管无阀压电泵及其流管的结构和特点;基于圆形薄板弯曲振动理论对压电振子振动进行了理论分析;然后讨论了泵及其流管内流体的流动特性,建立了泵流量方程。最后,基于有限元法对流管内流体流动状态进行了模拟,得到了正反流压强变化规律及正反流流阻。实验结果表明:理论泵流量与实验泵流量变化趋势一致,且两者最小相对误差为12%,证明了理论分析与数值模拟的有效性和正确性。     

手指康复外骨骼机器人的结构优化设计

为满足手指功能损伤患者康复的需要,设计了一种基于平面连杆机构的手指康复外骨骼机器人。通过分析仿生手指运动的自由度,建立了机器人运动学模型;以主要机械构件和手指关节转动角度为空间向量元素,求解了机器人的工作空间,在此基础上,得到各机械构件的最佳尺寸,从而完成对机械构件的结构优化设计。仿真实验表明,该机器人能带动手指在一定角度范围进行弯曲拉伸运动,可以满足手指损伤患者的康复训练需求。