压电式低粘度流体微量喷射阀的设计及实验研究

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1、分类号：TN384单位代码：10183研究生学号：2015412086密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）压电式低粘度流体微量喷射阀的设计及实验研究DesignandExperimentalResearchofPiezoelectricMicrojettingValveforLow-viscosityFluid作者姓名：唐佳佳专业：机械设计及理论领域（方向）：智能机械与精密机械指导教师：刘建芳教授培养单位：机械科学与工程学院2018年5月压电式低粘度流体微量喷射阀的设计及实验研究DesignandExperimentalResearchofPiezoelectri

2、cMicrojettingValveforLow-viscosityFluid作者姓名：唐佳佳研究方向：智能机械与精密机械指导教师：刘建芳教授学位类别：学术硕士答辩日期：2018年5月26日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论

3、文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：■硕士

4、□博士学科专业：机械设计及理论论文题目：压电式低粘度流体微量喷射阀的设计及实验研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林大学机械科学与工程学院（130025）作者联系电话：摘要信息产业的崛起和飞速发展带动了人类社会的进步，并被认为是第三次产业革命的标志事件之一，伴随着信息产业的进一步发展，对微细工程领域技术的要求也越来越高。随着微滴产生技术应用研究的深入，低粘度微量喷射技术将逐渐应用到OLED显示、芯片制造、生物医药、材料成型、微电子封装、基因工程等领域，进一步展示了微滴喷射技术的广阔应用前景。本文以压电基础理论和低粘度流体微量喷射理论为基础，并通过对

5、撞针冲击过程中的流体仿真分析和微量喷射阀的结构设计与分析，研制出一种低粘度流体微量喷射阀。并经过反复的实验，得出本文设计的喷射阀能够使喷射出的低粘度流体的体积达到pL级，喷射流体的粘度可在1~600mPa·s之间调节，并且喷射频率可以达到1200Hz以上。本文的研究内容如下：首先对细微喷射领域应用前景和现有微量喷射技术进行了研究分析，在综合对比机构和企业现有研发的喷射设备后发现，采用无放大机构的结构会更容易实现对低粘度流体的微量喷射功能。通过介绍压电材料基础以及分析叠堆式压电驱动结构与特性，在选择压电叠堆时，应该选择小电容的压电叠堆，以提升响应速度；并且适当选择高谐振频

6、率的压电叠堆，以缩短稳定在标定位移所用的时间，压电叠堆的撞击力及位移可以通过驱动电源来进行控制。对低粘度流体在喷射过程中容易产生液滴破损问题原因作出分析，通过数学模型，利用撞针撞击式低粘度流体微量喷射理论去分析粘度、流速、喷射体积及结构之间的关系。通过Fluent软件进行流场仿真，得到了撞针冲击喷嘴过程中不同时刻下喷头内流体的速度云图和压力云图，并通过仿真得到各种参数变化对低粘度流体微量的影响，为结构设计和实验研究做理论基础。根据对压电叠堆的预紧与撞针回复的实现进行设计计算，从而得到结构中需采用2个碟形弹簧，接着对撞针的具体结构进行设计，并设计出压电式低粘度微量喷射阀的

7、总体结构；对低粘度流体供料器进行设计；通过撞针的稳定性分析及撞针的力学仿真分析证明撞针结构设计合理，采用YG-20材料能够满足使用要求；对微量喷射阀的运动系统的响应进行分析计算，可明显得出此结构的系统响应高于有放大机构的运动模型。I吉林大学硕士学位论文最后对低粘度流体微量喷射系统进行设计与搭建；对撞针的运动特性进行测试，从测试中可得，撞针响应较快，撞针在上升与下落过程中，基本处于匀速状态，在其达到标定位置后撞针没有抖动，能够保证低粘度流体稳定的微量喷射；绘制了参数改变时，对单点体积和点径的影响关系图，并对其原因进行简单分析；对喷射低粘度流