超磁致伸縮執行器畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 304050圖49 由表43得出的輸出位移與負載的關系 本章小結第三章系統的闡述了柔性鉸鏈位移放大機構的結構和工作原理，經對所設計的位移放大機構應力和位移損失的計算與分析,得出到如下幾點結論:(1)杠桿式柔性鉸鏈位移放大機構的輸入位移Yin是受限制的,其允許的最大輸入位移Yin決定于機構中最薄弱節點的承載能力。(2)所設計的對稱式位移放大機構在對稱連接點處存在較大的內部約束反力。(3)由于受內部約束反力和外部負載等因素的影響,位移放大機構存在著位移損失,實際放大倍數小于理論放大倍數,且位移損失與負載呈線性關系。(4)所設計的杠桿式柔性鉸鏈位移放大機構僅能用于(小)負載場合,否則可能會完全喪失放大能力。第5章 噴射器的設計噴射器又名：射流真空泵、射流真空噴射器、噴射泵、水噴射器、真空噴射器，其原理如下：利用流體來傳遞能量和質量的真空獲得裝置，采用有一定壓力的水流通過對稱均布成一定側斜度的噴嘴噴出，聚合在一個焦點上。由于噴射水流速特別高，將壓力能轉變為速度能，使吸氣區壓力降低產生真空。數條高速水流將被抽吸的氣體攫走，經過文氏管收縮段與喉徑充分混合壓縮，進行分子擴散能量交換，速度均衡。在經擴張段速度降低壓力增高，大于大氣壓力從出口噴入蓄水罐（池）中，不凝性氣體析出。水經離心泵循環使用，完成吸氣工藝。這樣一種裝置叫做噴射器，在這種裝置里，不同壓力的兩股流體相互混合，并發生能量交換，以形成一股居中壓力的混合流體。混合流體分為氣(蒸汽)相，液相，或者是氣體(蒸汽)、液體和固體的混合物。進入裝置以前，壓力較高的那種介質叫做工作介質。工作介質流叫做工作流體。工作流體以很高的速度從噴嘴出來，進入噴射器的接受室，并把在噴射器前的壓力較低的介質帶走。被帶走的流體叫做引射流體。通常在噴射器里，最初是發生工作流體的勢能或熱能轉變為動能。工作流體的動能，一部分傳給引射流體。在沿噴射器流動的過程中，混合流體的速度漸漸均衡，于是混合流體的動能相反地轉變為勢能或熱能。 工作介質流體和引射介質流體進到混合室中，進行速度的均衡，通常還伴隨壓力的升高。流體從混合室出來進入擴散器，壓力將繼續升高。在擴散器出口處，混合流體的壓力高于進入接受室時引射流體的壓力。提高引射流體的壓力而不直接消耗機械能，這是噴射器最主要的最根本的性能。由于具有這種性質，在很多技術部門中，采用噴射器比采用機械的增壓設備(壓縮機、泵、鼓風機和引風機等)，使有可能得到更為簡單更為可靠的技術解決辦法。除了本身結構特別簡單以外，噴射器與各種設備連接的系統也很簡單，制造也不復雜，在工程上得以廣泛的應用。其中在動力工程技術領域中，主要用于發電廣，廢氣余熱供暖裝置，制冷，輸送固體散粒狀物體等。其用途如下：主要應用于各行業真空吸氣工藝：如物料吸收輸送、冷凝、蒸餾蒸 發、濃縮、脫色除味、供氧除氧、干燥結晶過濾、化學吸收、尾（廢）氣體中和、真空抽水、真空造型等工藝。廣泛應用于 輕工、化工、化學、制藥、真空冶煉、制糖、制鹽、味精、化纖、造紙、食品、塑料橡膠、陶瓷、大中型醫院及廠礦企業的真空站、真空制磚、建筑基坑降水、排水、石油、環保等行業。 圖51噴射器結構圖在這些應用中，實現噴射的關鍵是脈沖噴射裝置，它能將噴印的介質按一定頻率、一定劑量均勻地噴出，它們的共同特點是噴射流量小，屬于毫升或微升。工作頻率高，一般大于100赫茲。可陣列化使用。目前，這類裝置的研究大多針對具體應用進行具體設計，沒有廣泛適用性，缺乏系統的理論研究，一定程度上限制了脈沖噴射裝置的進一步應用開發，建立脈沖噴射裝置的設計方法，研究其性能變化規律己經成為迫切需要解決的問題。綜合各種噴射器結構的優缺點,本次設計的噴射器的結構如圖51所示。四爪齒形扣通過螺紋連接固定在連接腔上,并將頂蓋、噴嘴、底座和流體室固定,只要將齒形扣旋下就能方便清洗內部元件，旋轉齒形扣可調整底座和噴針的距離,能降低零件精度要求；考慮到底座和噴針等零件的磨損較大,噴針選用頂端經碳化的軸承鋼；底座和噴嘴選用粉末冶金材料燒結銅鉬鋼；流體室選用303型不銹鋼；其它無特殊要求的零件選用45號鋼，設計的噴射器如上圖51所示。 脈沖噴射開關閥的結構和原理高速開關閥是近年來發展起來的一種數字電液控制元件，具有結構簡單、控制精度高、響應速度快、數控能力強等優點，數字信號只有“開”、“關”兩種形式，簡單可靠，受負載及其他干擾的影響小，且開關閥的流量大于普通脈沖噴射裝置的流量。結合高速開關閥的優點和脈沖噴射方式的結構特點，設計可實現噴射的開關閥是解決大流量、高速響應的噴射要求的比較理想的方案，常見的主要驅動形式包括電磁鐵式、壓電晶體式和超磁致伸縮式，本次設計選用的就是超磁致伸縮式驅動器，在第三章有詳細的介紹。脈沖噴射開關閥(簡稱開關閥)在油墨噴印、藥物分析、金屬自由成形等應用中，雖然噴射介質不同、工作環境不同，對開關閥的具體要求也不同，但它們的工作原理和設計方法相同，本章從開關閥的工作原理出發，簡要介紹其結構和工作原理 。 開關閥的基本結構把高速開關閥高速開、關控制流體的特性和脈沖噴射裝置噴嘴的結構結合起來，設計了一種新的脈沖噴射裝置—脈沖噴射開關閥(簡稱開關閥)，按照結構，脈沖噴射開關閥分為開關閥本體和致動器兩部分(如圖51所示)。開關閥本體是系統的運動執行單元，包括閥芯、節流口、閥腔和噴嘴(結構如圖52所示)，通過閥芯在節流口處的快速上升、下降實現閥的快速開關功能，通過噴嘴的面積突變實現噴射功能；致動器是系統的動力單元，在電源脈寬調制波形信號( Pulse width modulation，簡稱PWM)的驅動下，致動器輸出位移和驅動力，推動開關閥快速開合，實現流體的脈沖噴射。 圖51 開關閥組成關系圖圖52 開關閥結構示意圖 開關閥的原理非工作狀態下，開關閥閥芯堵住節流口，管路中充滿待噴射的壓力液體，閥腔內的流體壓力與大氣壓平衡，不會有流體泄漏和滴落。當驅動單元發送的脈沖控制信號上升沿到達開關閥致動器后，致動器得電，經能量轉換后，轉換為位移輸出和驅動力，推動開關閥的閥芯運動；閥芯在驅動力作用下，迅速上升，管路中的流體在壓力作用下由節流口進入閥腔，使閥腔內的流體壓力上升，當噴嘴內外的壓力差超過噴射臨界壓力后，在噴嘴的面積收縮作用下，流體的壓力轉化為具有一定速度的噴射，其工作狀態如圖53 ( a )所示。當脈沖控制信號的下降沿到達致動器時，致動器失電，驅動力下降為0，閥芯在致動器復位彈簧的作用下迅速回落，堵住節流口，流體不再進入閥腔，但此時開關閥并未停止噴射，引起閥腔內流體的體積減小，流體膨脹使閥腔內壓力下降；當閥腔內流體壓力與噴嘴外大氣壓達到平衡后，噴射結束，液滴在工件表面形成一個噴印點，其工作狀態如圖53 ( b)所示；若有一系列脈沖信號發送給致動器，開關閥則按照脈沖信號的頻率重復噴射過程，形成一系列相同尺寸的小液滴，液滴的大小與驅動脈寬的長度相關，對于給定的液體，液滴噴射的速度與噴嘴的結構、流體的壓力相關。 圖53 開關閥工作過程示意圖由此可見，脈沖噴射開關閥是由致動器運動，引起閥腔內流體壓力和體積瞬時變化形成脈沖噴射的。 開關閥結構的選擇⑴噴嘴的選擇：目前常見的噴嘴主要分為針形噴嘴和扇形噴嘴。在噴嘴直徑、壓力相同的條件下，針形噴嘴的液滴貫穿距離大，噴射后的效果好，而扇形噴嘴的射流被擴散時，它的擴張阻力大，流速系數和流量系數都小，從而噴射的流量小，因此開關閥選擇針形噴嘴。⑵節流口形式的選擇：開關閥按照閥芯結構形式可分為圓柱滑閥式、球閥式、錐閥式和噴嘴擋板式。球閥式容易密封，動作靈敏，因此開關閥的閥芯選用球閥形式。 本章小結本章從增加噴射流量、提高響應速度和性能穩定性出發，把高速開關閥高速開、關控制流體的特性和脈沖噴射裝置噴嘴的結構結合起來，設計了一種新的脈沖噴射裝置—脈沖噴射開關閥，系統闡明了脈沖噴射開關閥的基本結構和工作原理，同時，也對其結構進行了簡單的選擇，展望未來，脈沖噴射開關閥一定會在許多行業得到廣泛推廣。第6章 總結將近兩個月的畢業設計在忙碌和充實的學習中馬上就要結束了，從拿到畢業設計題目到現在，在指導老師的的悉心指導下，我從認真審題到找參考資料，到慢慢地著手寫論文，一直到最后論文的完成，學到了很多。我選做的畢業設計題目是：新型微量膠液噴射系統的設計。剛拿到題目的時候，感覺一下就懵了，大學三年所學的知識好像從來沒涉及到這樣的理論，不知道從何下手，后來在指導老師的幫助下，慢慢地上學校網和圖書館搜集到了好多相關的電子資料和圖書，前兩周幾乎就是先看資料，看懂了它們才可以有論文的開始。本次設計的目的就是針對解決傳統的點膠系統點膠工作效率低和難以操控的問題，設計出了一種新型的噴射系統，新型微量膠液噴射系統的驅動部分由于采用了超磁致伸縮執行器,因此可獲得比傳統點膠系統更大的驅動力和驅動頻率,利用其柔性鉸鏈位移放大機構可降低超磁致伸縮執行器的設計要求和成本。同時新技術采用噴嘴替代針頭，解決了針頭式點膠系統難題。首先，在超磁致伸縮驅動器的設計中，遇到了很多棘手的問題，最麻煩的就是線圈的設計，驅動器各種參數的選擇都可能影響線圈的尺寸大小，進而影響到整個系統的設計，包括性能、質量、大小等，所以驅動器各種性能參數的選擇成了最關鍵的問題。下一步，為了使超磁致伸縮驅動器有更大的輸出位移，在設計中加入了位移放大機構，通過參考各種資料后對它的原理和結構有了進一步的了解，結合自己的想法設計出了一種兩級位移放大機構，并對它進行了材料應力的校核以及最大位移的計算，保證該放大機構正確可靠的工作。在本章的設計中參考了有限元的分析法，對該機構進行了更詳細的位移損失分析，只是作為本論文的參考，在以后的學習道路上可能會進一步的學習它。然后就是系統的噴射結構設計，同樣在老師的指導和參考了很多資料后，設計出了一種更加方便耐用的噴射器，同時也學到了課本上好多從來沒接觸過知識。最后就是整體論文的整理，有CAD繪圖等等，全部是對三年所學的知識的溫習和回顧。參考文獻[1] 羅德容，黃其煜，2009，9（6）：5～8[2] 況延香，2000，21⑴：1～6[3] ，2008，24⑸：85～87[4] 朱子健，陳仁文，徐曉奕，2003，39⑶：4～7[5] ，2003[6] ，2007[7] 鄔義杰，2004，11⑷：187～190[8] ：天津大學出版社，2000[9] 鄔義杰，（工學報），2004，38⑹：748～751[10] 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，我一直感恩，感恩于我可以擁有一個如此偉大的母親，讓我所有的一切都可以在您這里得到理解與支持，得到諒解和分擔。也感謝我所有的家人，謝謝你們的幫助和照顧。我愛你們！感謝我的朋友們，感謝你們在我失意時給我鼓勵，在失落時給我支持，感謝你們和我一路走來，讓我在此過程中倍感溫暖！感謝華科，感謝華科的一切一切，是它們陪伴我度過了三年難忘的大學生活，在這里的一切都將會成為我以后寶貴的記憶。最后謹向百忙中抽出寶貴時間的評審老師致以最誠摯