微噴射三維調(diào)節(jié)裝置設(shè)計【三維調(diào)節(jié)架結(jié)構(gòu)設(shè)計】

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告1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述一、引言微流體系統(tǒng)是微系統(tǒng)的一個重要分支。由于它具有尺寸小、無效體積小、功耗低、控制精度高、響應(yīng)速度快等特點，因此有著廣闊的應(yīng)用前景，可用于化學(xué)分析、生物和化學(xué)檢測、藥物輸送、分子生物學(xué)、食品衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測等。微流體的輸運、控制和混合逐漸成為研究熱點。微噴射是微流體控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，現(xiàn)有微噴射技術(shù)大都基于噴墨打印機的原理，它利用外力迫使液體以液滴的形式從小孔中射出，目前噴射的實現(xiàn)可以有多種方式，根據(jù)驅(qū)動方式的不同，微噴主要分為壓電式、電阻電熱式(氣泡式)、靜電式、超聲式和電磁閥式等。微噴射技術(shù)最成功的應(yīng)用是噴墨打印機的商品化，它要求溶液具有很好的微粒分散性以防止噴頭堵塞，和較低的粘度而易于噴射，但是對所噴溶液近乎苛刻的要求限制了其在打印之外的其它應(yīng)用；近年來隨著相關(guān)納米分散技術(shù)和溶膠一凝膠技術(shù)的發(fā)展，微噴射技術(shù)在微機械和微器件制造、生物芯片、材料合成、藥物霧化、芯片冷卻和微推進系統(tǒng)等領(lǐng)域也獲得了發(fā)展和初步應(yīng)用1。微噴射是由于金屬表面的微物質(zhì)在慣性力的作用下形成的微量流體的噴射。微噴射技術(shù)廣泛應(yīng)用在噴墨打印、生物芯片制作、單分散微粒制備、激光光能量吸收、液體霧化等領(lǐng)域。微噴射過程的正常實現(xiàn)一般需要兩項關(guān)鍵技術(shù)支撐：微噴射流體的驅(qū)動技術(shù)和與驅(qū)動技術(shù)相應(yīng)的微噴嘴制造技術(shù)。本課題所涉及的某試驗裝置，其真空室與微噴射裝置之間采用焊結(jié)的連接方式。真空室與微噴射裝置之間可能因系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變形、真空室熱膨脹和三維調(diào)節(jié)架結(jié)構(gòu)支架形，而產(chǎn)生附加應(yīng)力和應(yīng)變，這將影響實驗系統(tǒng)正常工作甚至產(chǎn)生破壞作用。針對三維隨動調(diào)節(jié)支架設(shè)計要求，我們采片了三維隨動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)解決微噴射裝置的自由度；此結(jié)構(gòu)設(shè)計用于支撐和調(diào)節(jié)試驗用真空系統(tǒng)中微噴射裝置的三維調(diào)節(jié)支架，為了減小真空室與微噴射裝置焊縫焊接應(yīng)力的影響，要求微噴射裝置支架設(shè)計成三維調(diào)節(jié)型，以便真空室熱膨脹時由微噴射三維調(diào)節(jié)支架支撐微噴射裝置自動空間調(diào)節(jié)位置，減小真空室與微噴射裝置之間的相互作用；然后通過ANSYS對三維隨動調(diào)節(jié)支架結(jié)構(gòu)進行仿真分析，本課題的主要任務(wù)就是要得到三維調(diào)節(jié)支架的應(yīng)力場和位移場，校核支架的強度和剛度。并據(jù)此對結(jié)構(gòu)進行最優(yōu)化設(shè)計。三維調(diào)節(jié)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足系統(tǒng)多方面要求，主要實現(xiàn)功能： 安裝前x、Y向可調(diào)節(jié)要求，噴嘴角度可調(diào)節(jié)；安裝后X、Y 向自動調(diào)節(jié)的要求；可靠性、工藝性、經(jīng)濟性和外觀造型等方面的要求。有限單元法是隨著電子計算機的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計算方法23。將某個工程結(jié)構(gòu)離散為由各種單元組成的計算模型，稱為單元剖分。離散后單元與單元之問利用單元的節(jié)點相互連結(jié)起來，單元節(jié)點的設(shè)置、性質(zhì)、數(shù)目等應(yīng)視問題的性質(zhì)，描述變形形態(tài)的需要和計算精度而定三維隨動調(diào)節(jié)支架的ANSYS有限元分析對結(jié)構(gòu)設(shè)計是十分必要的一項綜合性工作。利用有限元法的原理進行分析計算，使其滿足預(yù)期的設(shè)計要求，實現(xiàn)預(yù)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計功能。 因此，三維隨動可調(diào)節(jié)支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項綜合性的技術(shù)工作。由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的錯誤或不合理，可能造成不應(yīng)有的失效，使其無法滿足預(yù)期的要求，實現(xiàn)預(yù)定的功能，同時可能給整個工程系統(tǒng)造成很大的影響，甚至無法工作。二、機械結(jié)構(gòu)和工作原理試驗用真空系統(tǒng)是由許多單元組成，每個單元是由大支架、二極磁鐵(B鐵)、四極磁鐵(Q鐵)、六級磁鐵(S鐵)、校正磁鐵(BV鐵)、真空室、束流位置探頭(BPM)、光子吸收器、微噴射裝置等設(shè)備組裝而成 10，如圖1所示 Q鐵 S鐵 BV鐵 B鐵 真空室 微噴射裝置 大支架 圖1 試驗用真空系統(tǒng)組成模型示意圖真空室是整個真空實驗系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，微噴射裝置與真空室焊接在一起，系統(tǒng)要求微噴射裝置與真空室之間不因相互作用力而產(chǎn)生附加應(yīng)力，真空系統(tǒng)工作時，真空室要在平面內(nèi)伸縮，為使真空室與微噴射裝置不產(chǎn)生應(yīng)力而破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性，要求微噴射裝置支架能在平面內(nèi)自動調(diào)節(jié)410。根據(jù)真空系統(tǒng)的工作要求，微噴射三維調(diào)節(jié)支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案如圖2所示。圖2 微噴射三維隨動調(diào)節(jié)支架簡化模型示意圖該支架主要由兩個調(diào)節(jié)層組成，分別為上下調(diào)節(jié)層(即角度調(diào)節(jié))、平面調(diào)節(jié)層(即x向 Y向)，可以實現(xiàn)三維空間的任意調(diào)節(jié)。其動作原理與結(jié)構(gòu)特點是 10：(1)調(diào)節(jié)底版。調(diào)節(jié)底板是微噴射三維調(diào)節(jié)支架的基礎(chǔ)，與大支架連接，調(diào)節(jié)支撐桿與調(diào) 彈簧都是基于調(diào)節(jié)底板進行上下調(diào)節(jié)。(2)調(diào)節(jié)支撐桿。當(dāng)螺母1與2固定，調(diào)節(jié)螺母3，可使調(diào)節(jié)支撐桿在調(diào)節(jié)底板與調(diào)節(jié)頂板間的長度變化，支架角度調(diào)節(jié)。(3)調(diào)節(jié)彈簧。調(diào)節(jié)彈簧的伸縮自動調(diào)節(jié)支架角度。(4)調(diào)節(jié)頂板。調(diào)節(jié)頂板支撐平面調(diào)節(jié)層。(5)平面調(diào)節(jié)機構(gòu)。平面調(diào)節(jié)機構(gòu)的核心零件是滾珠，所以可以進行X向，Y向調(diào)節(jié)。(6)調(diào)節(jié)機構(gòu)支撐板。調(diào)節(jié)機構(gòu)支撐板直接支撐微噴射裝置。利用有限元軟件對微噴射三維調(diào)節(jié)支架結(jié)構(gòu)在這種狀態(tài)下的強度和剛度進行考查 計算出微噴射三維調(diào)節(jié)支架在這種狀態(tài)下的變形和應(yīng)力情況。三、有限單元法靜力分析 1112在有限元法中，根據(jù)單元的材料性質(zhì)、形狀、尺寸、節(jié)點數(shù)目 位置及其含義等，找出單元節(jié)點力和節(jié)點位移的關(guān)系式，這是單元分析中的關(guān)鍵一步。此時需要應(yīng)用彈性力學(xué)中的幾何方程和物理方程來建立力和位移的方程式，從而導(dǎo)出單元剛度矩陣，這是有限元法的基本步驟之 再用等效的節(jié)點力來替代所有作用在單元上的力。利用結(jié)構(gòu)力的平衡條件和邊界條件把單元按原來的結(jié)構(gòu)重新聯(lián)接起來，形成整體的有限元方程，即Kq=fk是整體結(jié)構(gòu)的剛度矩陣；q是節(jié)點位移列陣；f是載荷列陣。現(xiàn)以有限元方法研究微噴射三維隨動調(diào)節(jié)支架，對其用ANSYS軟件進行靜力分析驗證設(shè)計算。靜力分析的求解步驟通常有以FYL步：(1)前處理：建模。首先用戶應(yīng)該指定工作口錄、文件名和分析標題，然后通過PREI 前處理器來定義模型幾何元素、單元類型、實常數(shù)、材料參數(shù)。這些步驟與大多數(shù)ANSYS分析類型是一致的。(2)設(shè)置求解控制：設(shè)置求解控制包括定義分析類型、設(shè)置一般分析選項、指定載荷步選項等。用戶可以通過Solution Controls對話框來設(shè)置求解控制選項，其菜單路徑為Main MenuSolutionUnabridged MenuOption(3)施加載荷。(4)求解。(5)查看分析結(jié)果21建立分析模型將已經(jīng)建立的ProE模型存成sat文件直接導(dǎo)人ANSYS軟件中，完成分析模型的建立。22載荷與邊界約束離子泵放在二維調(diào)節(jié)機構(gòu)支撐板七，按分布載荷。支架與地面接觸面施加固定約束。四、結(jié)論本文完成了微噴射三維隨動調(diào)節(jié)支架的有限元靜力分析。分析時先通過有關(guān)建模，做出初步結(jié)構(gòu)，再通過有限元分析軟件的強大功能，可以在方案設(shè)汁階段得到結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)計算結(jié)果，得到了詳細的應(yīng)力及應(yīng)力集中和最大變形的位置。并確定最終的結(jié)構(gòu)。達到了預(yù)定的要求，實現(xiàn)了預(yù)定的功能。根據(jù)分析結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計方案。既可以節(jié)省做試驗?zāi)Ｐ偷馁M用，又可以減少設(shè)計時間，縮短設(shè)計周期。得出了對結(jié)構(gòu)設(shè)計與實驗有指導(dǎo)意義的結(jié)論。參考文獻1 王國強實用工程數(shù)值模擬技術(shù)搜其在ANSYS上的實踐M西安：西北丁業(yè)大學(xué)出版社，19998.2 夸克工作室有限元分析M北京：清華大學(xué)出版社，20022.3 劉國慶等ANSYS 1 釋應(yīng)用教程M 北京：中國鐵道出版社，2003年1月.4 濮良貴，紀名剛機械設(shè)計M北京：高等教育出版社，20015 楊慶東,劉國慶ANSYS工程應(yīng)用教程一機械篇M北京：中國鐵道出版社，20036 朱剛. 新型流體有限元法及葉輪機械正反混合問題D. 北京：清華大學(xué)，1996. 7 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