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振 动 与 冲 击 第29卷第 12期 JOURNALOFVIBRATIONANDSHocK 甄 一 种空间润滑装置的流固耦合振动 盛明伟，陈维山，刘军考，石胜君 (哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室，哈尔滨 150001) 摘 要 ：面向空间润滑中常采用的被动润滑不及时的问题，提出一种主动润滑方法。为了达到主动润滑的目的， 提出了一种结构简单易于加工的压电微喷润滑装置。压电微喷装置的固有频率和振型对液滴形成和喷射效果具有重要 作用。首先建立考虑压电一流固耦合和压力波传播效应的等效模型。进而利用有限元法对整个装置的固有频率和相应 的振型进行分析。最后利用激光测振仪对整个机构实际的振型和固有频率进行测量。通过结果对比验证此流固耦合模 型的有效性和方法的实用性 关键词：压电微喷润滑装置；流固耦合；固有频率；振型 中图分类号：TB552 文献标识码 ：A 自喷墨打印技术产生 以来，该技术 已被广泛应用 压 电换能器。此种 到包括印刷 ，金属成型，燃料注射，生物医疗等领域 ¨。 微喷装置缺点是工 压 电喷墨技术一般分为压电式，热泡式，静 电式，声波 艺 比较复杂，成品率 式四类。压电微喷与其他方法相 比，有不易受流体性 较低 ，成本 也 比较 质的影响、不会造成释放药物的物理和化学变化等优 高。基于此，本文采 点。而且 ，一个压电微喷机构可以同时用于多个喷嘴， 用一种结构 比较 简 有利于获得足够高的流量。 单且易于加工，成本 面向空间润滑领域，本文提出一种压 电微喷润滑 较低的结构形式，结 机构，利用按需微喷技术 (DOD)实现对姿态稳定飞轮、 构简 图如图3所示。 图2 喷射效果图 控制力矩陀螺、光学扫描器等的按时按需可控 的主动 振动片和喷孔片均 Fig．2Ejectioneffect 润滑喷射，以解决被动润滑不及时的问题 。 。 采用金属铜片薄膜 ， 如图 1所示 ， 液体腔体采 用 45 为 Heij 提 出了 钢，压 电陶瓷采 用 一 种基 于 MEMS PZT一5。 技术 的压 电致动 微喷机构 的 固 鹜 的液滴发生器，其 牲 有频率对液滴有重 蒋 喷出液滴 的体积 要 的影响作用。微 在 10 m ～ 喷机构 的振动 只有 10 m量级 。喷 工作在器件 的谐振 射 效 果 如 图 2 点，微喷机构才能获 图 1 压电微喷结构示意图 所示。 得最大的振动幅值， Fig．1Schematicofpiezoelectric 此 种微 喷 机 从而在 喷孑L得 到最 micro—dropletstructure 图3 一种新型压电微喷结构简图 构 由上下两层硅 大的压力波幅值，使 Fig．3Schematicofanov