基于谐振驱动的压电微喷装置的研究

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1、硕士学位论文基于谐振驱动的压电微喷装置的研究（工程硕士）RESEARCHONPIEZOELECTRICMICRO-JETDEVICEBASEDONRESONANCEDRIVEN叶磊哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TB552学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于谐振驱动的压电微喷装置的研究（工程硕士）硕士研究生：叶磊导师：石胜君副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB552U.D.C:621D

2、issertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPIEZOELECTRICMICRO-JETDEVICEBASEDONRESONANCEDRIVEN(MasterofEngineering)Candidate：YeLeiSupervisor：AssociateProf.ShiShengjunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMe

3、chatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要近些年，我国在载人航天工程、探月工程等一系列航天重大项目中频传捷报，标志着我国的航天科研实力已逐步迈向国际前沿。然而航天工程却是一项高投入和高成本的研究项目，而且在轨运行航天器又极易受到空间极端条件的影响而发生故障。经研究发现，因润滑失效而引起的机械运转部件的摩擦磨损是造成航天器故障的重要因素之一。目前，针对空

4、间润滑失效问题，国内外学者都曾有所研究，但是该问题的解决方案却并不成熟，仍有一些技术瓶颈如补油、储油、密封等难题尚未得到妥善解决。而且空间润滑技术属于国家核心技术，各国对此都一直处于一种高度封锁保密的状态。因此，为了适应未来空间探索的需求，我国必须要自主研究并掌握空间润滑技术。本文以航天器控制力矩陀螺（CMG）轴承润滑问题为应用背景，提出了一种压电驱动的微量喷油润滑装置，该装置具有体积小、重量轻、结构紧凑、嵌入方便、绝缘性和密封性好等优点。工作时，对压电陶瓷脉冲激励参数进行调控，可实现定时定量喷射润滑油。通过补充润滑的方式，有望解决润滑失效这

5、一技术难题。本文首先介绍了压电微喷装置的工作原理和结构设计，建立了致动部件压电振子的有限元分析模型，并进行了考虑流体附加质量的影响时压电振子的模态分析。为优化压电振子的致动性能，分析了流体附加质量、压电陶瓷片的厚度、金属振动膜的厚度、液体密度及液体层厚度对压电振子谐振频率和质点最大振幅的影响，并研究了脉冲电压波形对压电振子振动位移和振动速度的作用规律。针对微喷装置所涉及的流固耦合问题，借助MFX-ANSYS/CFX仿真平台，研究了单脉冲激励下，压电振子质点振动位移响应和流场中的压力波分布特性。借助CFD-ACE多相流体动力学软件，对喷射情况进

6、行了仿真研究，分析了激励脉冲参数和液体参数对微喷装置喷射性能的影响。最后对微喷装置进行了实验研究，分析了流固耦合作用对压电振子谐振频率和振型的影响，以及激励脉冲波形、脉冲占空比和液体粘度等因素对微喷机构喷射性能的影响。关键词：润滑失效；空间润滑；压电微喷；有限元；流固耦合-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInrecentyears,reportsofthenewsuccessinspaceprogramshavekeptpouringinsuchasthemannedspacemissionandthelunarexplor

7、ationprogram,whichmarkedtheresearchstrengthofChina’saerospacehasbeendevelopingtowardtheinternationalforefront.However,aerospaceengineeringisactuallyahighinvestmentandhighcostresearch,andalsothein-orbitspacecraftsareofteneasytogetmechanicalfailureduetotheeffectofextremeenvir

8、onmentinspace.Fortunately,moreandmorestudiesrevealedthatthefrictionandwearofmechan