压电悬臂梁负载阻抗匹配分析及其在隔膜泵驱动中的应用

作者：张柯,安超,高玉志,等. 日期：2023-05-25/span> 浏览：1336 查看PDF文档

摘要:利用悬臂梁结构的不同位置作为对外激励源时,为了使负载获得更多的能量,使悬臂梁的能量输出达到最优,同时隔膜泵的流量输出达到最大,实现隔膜刚度最佳匹配的目的,提出了一种压电驱动悬臂梁结构的负载阻抗匹配概念,研究了隔膜泵的性能与悬臂梁结构对外输出刚度之间的关系。首先,选取悬臂梁结构的根部、中部和端部3个特征位置,利用有限元仿真软件,对悬臂梁-弹簧-质量块模型的能量输出进行了阻抗匹配分析;其次,选取隔膜容积泵作为驱动负载,根据其结构及工作原理,建立了压电悬臂梁驱动隔膜容积泵的简化动力学模型,分析了隔膜泵的性能与悬臂梁驱动结构参数之间的关系;最后,搭建了压电悬臂梁驱动隔膜泵的刚度匹配实验平台,对不同圆盘直径下,悬臂梁不同特征位置处的隔膜泵输出流量进行了测试。研究结果表明:在悬臂梁根部、中部以及端部位置处,隔膜泵输出流量最大时的活塞圆盘直径分别为20mm、18mm以及16mm,随着悬臂梁不同位置对外输出刚度的减小,隔膜匹配的最佳刚度应随之减小;若悬臂梁结构与负载参数一定时,对应的最佳负载匹配刚度逐渐增大。

关键词:隔膜容积泵;悬臂梁能量输出;隔膜泵流量输出;隔膜刚度最佳匹配;特征位置;悬臂梁-弹簧-质量块模型;驱动负载

中图分类号:TH323;TB535文献标识码:A文章编号:1001-4551(2023)03-0353-08

本文引用格式:

张柯,安超,高玉志,等.压电悬臂梁负载阻抗匹配分析及其在隔膜泵驱动中的应用［J］.机电工程,2023,40(3):353-360.

ZHANG Ke, AN Chao, GAO Yu-zhi, et al. Load impedance matching analysis of piezoelectric cantilever beam and its application in diaphragm pump driving［J］.Journal of Mechanical & Electrical Engineering, 2023,40(3353-360.