120V驱动电压下位移为309．31un，基本满足压电喷射阀对驱动位移的需求。

　　体动力学模型，分析了球面撞针．锥面喷嘴的优越性能并设计了锥面喷嘴的锥角，

　　利用Fluent仿真分析撞针直径、喷嘴孔径、撞针行程、胶液黏度等参数对喷嘴腔

　　频率对喷射胶滴形态和直径的实验和分析，并在测试中采用混合比为1：l的甘油／

　　酒精混合液达到的最大喷射频率为400Hz，最小胶滴直径约为O．36mm，胶滴一致

　　Abstract．．．．…．．．．．．．．．．…．．．．．．．…．．．．．．．．．．．…．…………．…………．II

　　2．2．1位移放大机构压电耦合仿线位移放大机构固有模态仿线放大机构位移性能测试…………22

　　3．4撞针．喷嘴参数变化仿线多相流仿线撞针．喷嘴参数对胶滴喷射影响……………39

　　中不可或缺的一部分11,2]。随着电子制造业的持续不断的发展，现代电子科技类产品的需求日益

　　质上是一种将流体材料精确分配到指定位置的技术【3，4】，在电子制造领域中，点胶

　　电脑、笔记版电脑、电视、音响等电子科技类产品中的电路板的制造和组装【5，61。

　　多个制造业中【6．8】。例如，汽车制造业中能够正常的使用点胶技术用于车灯、仪表盘

　　OLED、LCD显示器、光纤通讯等产品[91，它能够保证产品的精度、提高生产效

　　机组成，具体结构如图1．2所示。螺杆式点胶阀工作原理为：首先胶水通过运输

　　系统输送到阀体内，在阀体内部通过一个压力调节系统以调节胶水的压力和流量，

　　工作原理如图1．3所示：柱塞式点胶阀通过气压推动柱塞向下移动，使柱塞胶腔

　　内的胶液从阀体的出口流出，当柱塞移动到一定位置时，减小阀体内胶水的压力，

　　部的柱塞在不断摩擦和振动，容易磨损疲劳，且难以适应特别高速的点胶运动【12】。

　　以实现胶水出流的点胶方式，如图1．4所示，先将胶水灌入胶桶内部，在点胶作

　　况，但时间．压力点胶阀操作及结构相对比较简单，具有部件易于拆卸更换、后期维护便利

　　技术中，可大致分为气动喷射式点胶阀、电磁驱动式点胶阀以及压电喷射式点胶阀，

　　的过程。具体工作原理如图1．5所示。在开始工作前，在预紧弹簧的作用下撞针

　　励，产生磁力将阀针吸引，使其从阀体孔中移开，液体或胶水便从阀体孔中流出。

　　当电流停止激励，磁力消失，阀针恢复原位，阀体孔便被封闭，停止胶水的流出。

　　该阀具有以下优点：(1)由于电磁铁和阀针并无非间接接触，因此在较高频率工作

　　下可以避免振动传递，保证喷射阀的平稳运行；(2)由于电磁力的强度和电磁铁

　　度的胶水喷射。但由于电磁驱动式点胶阀的响应速度受到电磁铁响应速度的限制，

　　因此在需要高速点胶的场合可能会受到限制，并且需要保证外部电源的持续供电，

　　入不同电压产生的形变推动膜片振动实现点胶。如图1．6所示为其整体的结构，当

　　喷嘴的方式完成胶水的喷射和停胶。容积式点胶阀在精度和稳定能力方面更为优秀，

　　性杆机构共同驱动的喷射点胶阀【24】，其结构如图1．7所示，具体工作原理为：压

　　可以通过调整弹簧底座的螺纹来调节。但由于该结构主要由柔性杆作为放大机构，

　　头的压电喷射点胶阀，其结构如图1．8所示，该结构改善了喷射阀的点胶动态特

　　厦门大学的王凌云【27，28】等利用三角放大原理研制出一款双压电驱动式点胶阀，

　　经过放大后的位移能够达到200“rn，但由于结构设计的不完善，实验频率最高只

　　能达到100Hz，胶滴直径最小达到2．0mm，能够实现1000cps黏度的胶液喷射。

　　普通撞针的2．39倍。吉林大学的路崧教授等人【29’30】主要研究喷射阀的流道特性，

　　不同结构的撞针和喷嘴参数对喷胶进行实验测试。江西理工的赵永祥【31】利用复合

　　实现0．2mm点胶宽度和不低于99％的一致性，由于整体采用模块化设计，更换部

　　件及其简单，常规使用的寿命达到15亿次，是目前世界上最先进的压电喷射阀之--132,331。

　　更换的模块化设计具有更大的可配置性，目前已经实现了持续工作频率为500Hz

　　的点胶，微量胶点最小能够达到0．5nL，对于喷嘴孔的开启和关闭时间实现了更

　　0，出力与位移关系如图1．1l所示。但只要外部连接的机械结构存在刚度，则压

　　阀体座的撞针．喷嘴结构及其配合进行研究，确立了具体流道后建立多相流仿真模

　　如表2．1所示，本文对工业领域常用的四种放大方式来进行了对比分析，分别为：

　　能进行比较选择。如图2．I所示建立了基于刚性放大机构传动杆和基于柔顺机构

　　其中，，坳，是压电叠堆的质量，kg：如，是压电叠堆的固有刚度，N／m却，是压电叠

　　堆向下伸长的位移量，m；R，是压电叠堆的输出力，N：Fl是压电叠堆作用在放

　　其中，m，是负载的重量，kg；弱是负载向下运动的位移，m；缸是负载的整体刚度，

　　其中，d33为压电叠堆应变系数，(N／m)；月为叠堆内压电贴片的数量；”为压电叠

　　若采用刚性杠杆作为放大机构，凡可根据式(2-2)及式(2-4)来求解，将

　　(，，，∥+等)j∥+2％x∥+鲁(r／zs．譬2+肛：+包屯)=砟，以，n“

　　对于式(2-9)和式(2-12)所描述的系统，无阻尼频率为09=．／鱼，并且

　　根据上文所述，本文选择的刚性杠杆机构由于具有结构相对比较简单、1；ha-方便等优

　　产生一定的轴向力，还在径向产生一个分力，机构简图如图2．2所示。轴向力可

　　进放大机构结构来协调撞针的径向运动，它有效改善了驱动力的传递和位移放大，

　　图2．4D。，经放大机构放大后的位移为D：，a为压电叠堆施力点到支点的距离，b

　　为压电叠堆施力点到撞针的距离，n为压电叠堆通电施加给杠杆的力，，2为弹簧

　　过大的运动周期会影响点胶阀的工作频率上限，设计行程为0．241．4mm。

　　过500Hz，这就要求我们机构的第一阶固有频率要尽量大于500Hz，才能较好的

　　放大机构的输出位移进行计算分析。首先利用Solidworks对杠杆进行建模，由于

　　下标称位移为381am，所设计的压电叠堆出力点到支点距离为5mm，铰链支点到

　　将绘制的三维模型存为Step格式，并将其导入至Workbench的静力学模块进

　　的六面体网格，具体划分结果如图2．6所示，其中网格节点数为209985，单元数

　　加了PiezoelectricBody插件进行压电耦合仿线)施加具体在和和约束，在杠杆支点处添加转动副约束，根据不同仿真情

　　由于输出位移在0．2～0．4mm范围内较为合适，因此在仿真过程中将压电叠堆

　　的输入电压由30V逐渐提高到150V以确定何时的工作电压，放大机构的输出位

　　移如图2．7所示。从仿真结果不难发现，随着输入电压的不断增大，放大机构的

　　端发生形变，不难发现当设计的放大机构放大系数为9时，在电压大于70V的工

　　电叠堆的热集中，对材料的寿命有严重影响，所以本文将在70V-120V区间内对

　　以上时位移能达到2001am，基本满足了喷射阀的位移需求；由于在实际工况下，

　　确定其高频响应特性，在Workbench中设置好前六阶模态分析的参数和固定约束，

　　l165Hz，通常喷射阀最高工作频率不超过500Hz与l阶振型的工作频率存在较大

　　Workbench数值分析进一步验证了该机构拥有非常良好的位移放大特性及高频动态

　　高精度位移传感器CDX系列进行实时位移检测，测试原理如图2．9所示。该激光

　　位移传感器主要是采用的是三角形原理，通过将激光位移传感器的“投光素子”、“受

　　接电源及笔记本的web设定界面后，将光束投射位置对准撞针正上方的放大机构，

　　撞针的整体形成。如图2．10所示为80V方波电压测试1000个周期所得的位移分

　　布柱形图，结果显示超过80％的工作周期位移在215～217岬，最大位移达到了

　　构的输出位移为216．71．tm，且整移一致性较好，基本满足喷射阀的位移稳定

　　幅值的变化曲线。实验条件为：放大机构左侧接连压电叠堆，右侧为撞针和弹簧，

　　信号发生器输出占空比为50％的方波信号，通过功率放大器放大15倍后直接接入

　　压电叠堆，将方波电压幅值由30V增加到120V。输出位移曲线整体呈较为良好的

　　由较小的30V增加到工作电压120V时，放大机构的输出位移由759m增加到

　　值为120V，考虑到过高的占空比会导致压电叠堆受到长时间的切向力从而影响压

　　电的寿命，将电压占空比从20％递增到80％，由于压电叠堆响应时间为微秒级，

　　长的时间增加使得放大机构的输出位移也随之增大，具体实验结果如图2．12所示，

　　当占空比较小时的位移损失可达10％以上，在实际工况下能够最终靠调节占空比来

　　位移，最大位移误差达到了161ma，结果显示该结构的输出位移一致性较好。实

　　电叠堆不通电，在供胶压力的作用下，胶水开始步入喷嘴腔，如图3．1(a)所示。

　　撞针．喷嘴的配合和结构参数等方面做设计，不但要考虑它们之间的密封关系，

　　还需要考虑它们对胶滴射速或压力的影响。因此，合理的撞针．喷嘴设计可以保证

　　压力；需求(2)需要保证放大机构输出合理的位移从而传递到撞针上实现出胶，

　　这部分内容在第二章已经详细分析过。需求(3)需要针对撞针．喷嘴的配合方式

　　动力黏度／1在任一速度梯度上都保持不变的流体成为牛顿流体，如图3．2所示

　　体，如图3．3所示。通常根据流体的黏性实验将牛顿流体细分为纯黏型流体和黏

　　式中，口为流体的动力黏度(Pa·S)，d为喷嘴孔径(mm)，P为胶滴密度

　　(kg／m，)，v为胶液喷射速度(m／s)，盯为流体表面张力系数(N／m)。

　　0．01Pa·S时，胶液的表面张力起主要影响作用，因此低黏度胶液影响喷射的主要

　　而其中部分因素影响较小，针对主要影响因素对整体模型进行简化【47481，故对喷

　　其中：P为圆环胶水的密度，由于重力g，圆环受到的横向剪切力f，上压力和下

　　若用dw／dt来代替加速度a，w是胶体的瞬时速度(喷嘴面积固定，只在z轴

　　其中：Pi．p埘为喷嘴内端面的压力，R。印Ⅲ为喷嘴外端面的压力，一般为大气压值；

　　胶体在喷嘴内为定常流动时，速度变化量dw／dt为0。由此将式(3．12)，式

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