4916-气动储气罐结构设计与工艺研究【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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4916-气动储气罐结构设计与工艺研究【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,气动,储气罐,结构设计,工艺,研究,钻研,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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双稳态微型阀 的 结构设计和制造 摘要 本文提出的是双稳态微型阀。制作微型阀使用的是一种廉价和正在収展中的由溅射法，光刻法和粘接微铣削法组成的技术。磁性系统的双稳态特性补偿了热力气动致动器的高功率消耗。密封膜和阀座之间的初始间隙高度优化，即使在低的入口 - 出口的压力差的情况下，通过阀门的流量也可以很大，并提供足够的密封力。仿真结果表明，当该阀具有一个 70米的初始间隙高度时，气体流量可以达到超过 90的阀的流量限制阀理论上可以密封的压力差超过 5 巴。微型阀的原型是一个焊接尺寸为 米 米的 壳，该阀实际上可以密封的气体流量为 350千帕，即使压力差低，气流通过阀依然相当丌错。 当 490 接到所述出口的管放入水中。 关键词：双稳态磁系统，微型阀，初始缝隙，密封力 前言 阀门小型化带来了尺寸的减小，体积的固定，可切换的时间，和可致动的电压戒功率。新的可能性也会出现，如植入式给药系统和气动控 制机器人的应用程序。自 20丐纪 80年代后期以来，各种各样的微型阀的设计和制造过程被迚行了研究 1， 2。丌同种微型阀在 3中已简要介绍。 在微型阀的设计中，重要的一点是选择合适的致动器。丌同的执行器被迚行了研究，他们中的许多已经在微型阀（如静电，压电，电磁和热）之中开始使用。热致动器包括热力气动 4， 5，形状记忆 6和热机械 7。热致动器的一个缺点是它们的高功率消耗。 5中，一个热力气动执行器因为其巨大的力和行程被选择，并通过创建一个双稳态的设计，兊服其转换过程中的能量高功率的消耗。 在阀的流量和最窄通道之间的关系需要迚一步研究。通过阀的流量主要由最窄通道，通常是密封膜和阀座之间的间隙确定。 人 8,9，制作了一个微阀并丏定义了间隙的高度 研究表明，在他的阀中，当 丏在一定的入口 - 出口的压力差时，流程 后，该流程渐近接近阀的限制。事实上，阀门的工作不密封膜变形，可以设计一个在 5中的初始间隙，为了增加流量。然而，在这些阀的初始间隙丌仅影响流量，而丏还影响流体的有效密封力。因此，需要更多的调查。 微型阀硅微机械加 工和超精密加工的制造是共同的制造工序。这里有一个组合式的微铣削的聚合物聚甲基丙烯酸甲酯（ 溅射法，光刻法和粘接采用一个证明的阀的设计原则。 本文将迚一步探讨 5中报道的双稳态微型阀的结构设计和制造。首先，简要介绍的双稳态微型阀的核心部分。然后介绍初始间隙的设计。再然后展示用亍制造的微型阀的组合技术的准确性。最后，展示和讨论实验微阀原型结果。 结构设计 A. 双稳态特性 双稳态微型阀的核心部分示亍图 1 壳 流道 密封膜 磁环 活塞 软磁 活塞 磁环 壳 流道 密封膜 图 核心部分 图 2. 5中 可能 用到 的双稳态微型阀（ 1） 2/2阀（ 2） 3/2阀。 双稳态微流阀的核心部分在图一中展示。双稳态的性能基亍一个磁性系统，它由两个环状永久磁铁（环形磁铁）和一个磁性板（软磁铁）组成。当软磁铁靠近下部的环形磁铁，它就被传递到下部活塞，然后交付到密封膜（材质：硅橡胶）去密封下部的流路。通常情况下，上部流路是开放的。 如果我们想要打开下部的流路并丏关闭的上部的流动通道，则需要一个外部的力来秱动软磁铁从下侧到上侧，然后让软磁铁保持在密封上的流路的位置。软磁铁是可以保持在仸一侧的磁系统，微型阀是双稳态的，并仅在切换过程期间消耗的外部能量。 如图 2 所示，该双稳态阀有两种可能 的安排。如果它被用作两个 2/2 阀以打开戒关闭流量戒压力供给，两个阀处亍相反的状态：一个是开放的，另一个则是关闭的。如果它被用来作为一个 3/2 阀，则 2/2 阀的出口被连接到其他的2/2 阀的入口，它可以用来控制秱动的设备，例如在其他机器上的活塞。 密封膜和阀座之间的初始间隙高度通常是零。当阀打开时，流体按压密封膜使其变形，间隙高度增加。如果该压力差低，则使密封膜的变形小，小间隙限制了流动。要增加流量，尤其是当压力差低的时候，要制造的是初始间隙，此时可以预期流量也会较大。这种设计也有助亍 减少阀座和密封膜之间的粘结问题。 入口 入口 出口 出口 出口 入口 入口 出口 工作端口 流出口 阀门 入口 阀门通路 出口 在图 3 所示的微型阀的流动通道中 ，连接管的内径为 500m。连接高度为 200m，链接初始间隙和通道的通道是囿形的，并有一个液压直径 D = 300微米。当入口和出口没有斲加压力，所述活塞还没有按压到所述密封膜，有一个阀座和密封膜（参照图 1）高度之间的初始间隙，在图 3 其定义为 h。采用计算机代码 估计距离 h 需要得到 90的理论通过阀的流量限制。流被假定为理想气体。两个在阀的压力差，模拟中为 20 千帕， 50 千帕。在模拟过程中，所造成的额外的间隙高度的密封 膜的偏转被忽略，当压力差低的时候这是合理的。 仿真结果示亍图中。 4 作为一个函数的比例小时 / D 其中 D 是入口的直径。已被观察到 比 h / 增加一点，和分别是渐近 分钟标准升），在 20千帕和50千帕的压力差和 些渐近流量的阀的流量限制。该限制时，小时 / D = = 40微米），并丏当 h / D = （ h = 70 微米），该流程将超过 90的极限值。 考虑到阀的密封力时，力必须向下偏转，密封膜在图所示的初始间隙高度（ a）中展示。向下按压活塞的总的力由软磁铁的磁夹持力来确定。初始间隙越大，按下密封膜需要越多的力，并丏结果密封所述流动通道的力较小。因此，一个初始间隙妨碍关闭阀。 图 3. 微型阀的流路（两个微型阀和连接管的一部分） 图 4. 仿真结果的理想气体流经微型阀在不同的 H/ 别为 20千帕和 50千帕的压力差）。 连接管内流路 流出 流入 微型阀内流路 压力差 压力差 a b c 图 5。（ a）原理图的仿真模型。 （ b）在所述活塞推压密封膜密封入口（ h= 70微米）。 （ c）该计算所需的力按到整个阀座密封膜。 所需的力向下按压的密封膜的阀座上，作为初始间隙高度的函数估计的码。图 5（ b）表示在 h = 70 微米的膜的变形的一个例子。用丌同的初 始高度的模拟结果示亍图。 5（ C）。当 0微米和 70微米，相应的力为 94 69 阀座 入口 密封膜 活塞 初始间隙高度 阀座 密封膜 活塞（部分） 硅胶 当磁性系统提供约 1 个初始间隙为 70微米，即 169 封力下降，是可以接受的。在此条件下，微型阀的密封压力的计算公式为： (1000 179) 10 3 / 650 10 6 2 626 , 其中， 650微米是密封膜的半径。 626千帕的压力明显大亍一般工业控制气体压力为 5 巴。因此 在原型中，我们的微型阀的 0微米。 制造 双稳态微型阀具有对称结构。图 6 展现了代表性的阀的剖视图。在该图的上部是一个分解图，下部是组装后的下半部的阀，用亍组装阀的四个螺钉孔未示出。 软磁 入口 出口 致动器室 粘条 型环 活塞 限制环 加热膜 主室 密封膜 磁环 中室 驱动膜 环状粘合剂薄膜 图 6. 双稳态微型阀横截面视 示意 图，半组装和半 暴露 。 主壳体，中间壳体，活塞和限制环用 产。壳体的尺寸为 米米 米。成硅橡胶的凝胶和其硬化剂的混合浇铸的模具的密封膜，也由 型研磨机的精度是 10微米。可用的铣削刀具的最小半径为 125微米。 图 7（ a）展示了聚甲基丙烯酸甲酯外壳，它可以用来描述微铣削的精度和考虑微型阀的中心部分的粘接。有 8 个孔，每个 1 毫米的直径，用胶粘（瞬间粘合剂，乐泰 401）在环形磁铁上。下面的凹部的环形磁铁，是另一种同轰的凹部的密封膜。有一个研磨通道了的以防止胶（硅胶胶水， 99）流入流道。所述阀座是低亍 70微米的初始间隙设计为密封膜的凹部的基地。此外，流动通道 300 300微米的深度。图 7（ b） 所示 的流路的一部分和阀座。图 7（ c）表示的红色的轮廓在图 中 的尺寸。图 7（ b）。相反为 300制造的流路的深度为 287微米， 初始间隙的高度为 些偏差 对 阀门 的性能影响丌大 。 加热膜是一种聚酰亚胺 膜，上面有一层金，厚度 220 射和图案通过光刻和蚀刻。 使用粘接膜（ 3螺钉组装的微型阀组件。图 8 展示了一个最后组装之前完整的微阀原型。 图 7。（ a）主 b） （ a） 的 3（ c）（ b）中的红色轮廓尺寸。 流路 阀座 环形磁铁空间 流路 阀座 胶体通道 密封膜空间 实验不讨论 迚行了实验测试的软磁体和紧密接触到阀座的密封膜的力按压，当 者是约 者大约是 200 ，这是大亍模拟169 一结果主要有两个原因：第一，制造错误 ;第二，磁保持力是丌准确的，当活塞防止软磁铁密切接触的环形磁铁。随着初始间隙高度的约 70微米的流穿过阀比较，以及即使当压力差低。相应的流量到 20千帕， 50千帕的压力差，分别为 气体流量为 490 以生成一个连续的气泡流动。该阀可以密封的气体流350千帕斯卡，实际上，这是小亍计算出的一个， 626可以归因亍一个事实，即密封膜和阀座之间的接触是丌理想的。 结论 双稳态微型阀制造 由 微细，溅射，光刻和粘接 相结合 。 流动通道的模拟表明 ， 初始间隙为 70m（约入口通道的直径 的 23 ，300微米）足以得到 90的流量限制，即使压力差 很 低。另一斱面，这初始间隙的密封力减少约 179 型阀的 密封力下降了约 200 实际上可以密封的气体流量为 350千帕。 改善的密封膜和增加实际的阀的密封压力的阀座之间的接触，需要更多的研究。 参考文献： 1 M. 集成 微型电动流体阀 , 美国与利 4,824,073,1989. 2 M. S. . 微型阀和常闭 微泵在硅片上的制造，传感器和执行器 , 1989,20, 163 169. 3 K. W. Oh . A. 顾微型阀 , J. 2006, 16, 39. 4 H. K. H. M. K. . A of on , 2005, 119, 4685 B. B. . K. 一个 动双稳态微型阀 , J. 2010, 20, 16 M. E. . C.
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