压电驱动低压水压换向阀的研究

论文摘要

换向阀是上世纪发展起来的可适时改变流体流向的电液转换控制元件,并得到了广泛应用。目前换向阀基本上采用电磁铁作为电—机转换元件,但是,电磁铁在使用时,会消耗大量能量。本文是国家自然科学基金“压电驱动的低压水液压控制元件关键技术研究”的研究课题。本文利用压电元件响应速度快、单位体积输出力大、变形大、变形精度高、易于控制以及正常工作后仅需保持电压,在现有电磁换向阀的基础上,设计了一种新颖的压电驱动低压水压换向阀。为此,本文主要进行了以下几项工作：1、利用解析法和有限元法对柔性铰链放大机构进行了静力学与动力学分析,计算出放大机构的放大倍数、共振频率以及振型,分析了影响输出特性的因素,分析了杠杆产生误差的原因。2、设计基于不同放大原理的压电驱动低压水压换向阀,分析了所设计的不同换向阀的优缺点,最终采用了基于杠杆式放大原理的压电驱动低压水压换向阀。3、对比分析了球阀和滑阀的优缺点,采用了球阀形式,对设计出的阀本体使用AMESim仿真,确定了柔性铰链所需的负载力和输出位移的参数,最终对阀本体部分的内部流道进行了有限元分析。4、设计了压电陶瓷致动器的温度补偿机构,对该机构进行理论分析,得到温度补偿机构的效果。5、对压电陶瓷致动器进行理论分析,建立了压电陶瓷的相似模型,最终得到压电陶瓷致动器施加预压力的范围。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 低压水液压传动技术
• 1.1.1 低压水液压传动的含义
• 1.1.2 低压水液压传动的发展历程
• 1.1.3 低压水液压传动的特点
• 1.1.4 低压水液压传动的应用
• 1.2 压电驱动低压水压元件的研究现状
• 1.2.1 压电驱动液压元件
• 1.2.2 研制压电驱动低压水压元件面临的关键问题
• 1.3 课题的研究意义及主要研究内容
• 1.3.1 课题的研究意义
• 1.3.2 课题来源
• 1.3.3 课题的主要研究内容
• 第2章 压电陶瓷驱动的基础理论
• 2.1 压电材料的基本特性
• 2.1.1 压电效应和逆压电效应
• 2.1.2 压电效应与电致伸缩效应
• 2.1.3 压电材料与电致伸缩材料
• 2.1.4 压电陶瓷的基本性质
• 2.1.5 压电陶瓷的重要参数
• 2.1.6 压电方程
• 2.2 压电叠堆
• 2.2.1 压电叠堆结构形式及工作原理
• 2.2.2 压电叠堆的特点
• 2.2.3 压电叠堆的基本特性
• 2.3 本章小结
• 第3章 压电驱动机构的设计与分析
• 3.1 压电陶瓷温度补偿设计与分析
• 3.1.1 压电陶瓷温度补偿原理
• 3.1.2 压电陶瓷温度补偿机构设计
• 3.1.3 管套厚度的有限元仿真
• 3.1.4 温度仿真分析
• 3.2 压电陶瓷预压力
• 3.2.1 压电陶瓷等效模型
• 3.2.2 压电陶瓷致动器的预压力分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 微位移放大机构的设计与分析
• 4.1 柔性铰链
• 4.1.1 柔性铰链概述
• 4.1.2 柔性铰链的类型
• 4.1.3 柔性铰链机构的特点
• 4.1.4 基于柔性铰链的放大机构
• 4.2 微位移放大机构解析法建模
• 4.2.1 微位移放大机构的杠杆形放大原理论述
• 4.2.2 位移放大机构的设计
• 4.2.3 微位移放大机构模型
• 4.2.4 机构最大位移输入
• 4.2.5 柔性铰链位移损失分析与计算
• 4.3 微位移放大机构有限元分析
• 4.3.1 静力学分析
• 4.3.2 动力学分析
• 4.4 加工柔性铰链的注意事项
• 4.5 本章小结
• 第5章 压电驱动低压纯水压换向阀的设计与分析
• 5.1 三角放大式压电驱动低压纯水压换向阀设计方案
• 5.1.1 三角放大式压电驱动低压纯水压换向阀的结构
• 5.1.2 三角放大式压电驱动低压纯水压换向阀的工作原理
• 5.2 杠杆放大式压电驱动低压纯水压换向阀设计方案
• 5.2.1 杠杆放大式压电驱动低压纯水压换向阀的结构
• 5.2.2 杠杆放大式压电驱动低压纯水压换向阀的工作原理
• 5.3 阀本体的设计与分析
• 5.3.1 阀本体结构
• 5.3.2 结构特点
• 5.3.3 参数选择
• 5.3.4 阀本体仿真
• 5.3.5 换向阀内部流道的仿真
• 5.4 压电驱动低压水压换向阀的研制思路
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢
• 研究生履历