试论悬臂梁双腔压电胰岛素泵设计论述与关键技术普通

论文导读：.1压电泵简介17-181.3.2压电胰岛素泵结构18-191.4本论文探讨作用及内容19-22第二章压电振子的论述分析与仿真探讨22-382.1压电陶瓷介绍22-242.1.1压电材料的近况22-232.1.2压电陶瓷材料的选择23-242.2压电振子的动力分析24-272.2.1压电振子的构成24-252.2.2压电振子的振动模态25-262.2.3压电振子的支撑模式26-272
摘要：目前，综合各种论述和临床探讨，利用胰岛素泵治疗糖尿病患者已是医学界公认的首选模式。如今，市场上两种胰岛素泵都是机械柱塞式结构，采取的是电机驱动和螺纹传动方式，受到螺旋副牙距和电机运动精度的限制，很难做到精确调节。为了满足胰岛素高精度推注、成本、体积等多功能要求，出现了压电驱动式的微型胰岛素泵。吉林大学于2006年设计出了采取四腔体、四振子串联结构的压电胰岛素微泵，但是由于这种泵结构复杂，加工困难，不易进行大批量产品化生产，需要对其材料及结构等方面进行改善。本论文结合国家高技术探讨进展计划（863）项目“血糖检测与胰岛素注射微体系（”NO.2011AA040406）的技术要求，在微型化前提下，通过对压电泵的各部件极为体系工作原理特性进行分析，研究压电胰岛素泵样机制作的整个流程；并对压电式胰岛素微泵产品样机结构优化、制作工艺性、经济性从及生物相容性不足进行探讨；通过分析压电式胰岛素微泵的失效方式及失效机理，找出适合于压电泵的加工工艺与加快寿命试验办法。本论文主要探讨内容如下：1.就有关胰岛素的运用状况进行综合分析与简介：在对糖尿病患者进行临床的探讨中，胰岛素泵即“人工胰腺”的治疗效果能使人体的血糖制约更精准自动化，尤其可喜的是这种治疗所衍生出的症状也减少了六成从上，这显然优于传统的治疗模式。2.通过分析压电陶瓷材料的特征，选择适合于压电式胰岛素微泵驱动的压电陶瓷片为P5型；讨论了压电振子的工作振动模态及支撑模式，分析压电振子基板与压电陶瓷粘结区域的变形及金属基板其余区域的变形并对泵腔体变形量函数进行计算，并通过数值计算初步对压电振子的弯曲变形特性进行探讨。分析表明，合适的压电振子的基板材料为铜，基板直径为15mm、陶瓷直径为10mm、基板厚度为0.1mm、陶瓷厚度为0.1mm从及胶层厚度0.03mm。讨论国内外的各种金属与非金属的压电泵阀材料，选择合适的微阀材料为PET；选择悬臂梁阀及轮式阀两种被动截止阀结构作为压电胰岛素泵的流体制约元件并对所选微阀模型进行论述分析及优化选择。3.在压电泵设计基本论述的指导下，探讨双腔压电胰岛素泵的工作原理及特性，再结合传统的胰岛素泵结构及新式的压电胰岛素泵设计原理，设计压电泵结构为双腔串联，并制造出压电胰岛素泵的样机模型。在论述分析的基础上，通过实验来不断调整双腔串联压电胰岛素泵的各尺寸参数，最终确认驱动电压为正弦波36V、200Hz；腔体高度0.06mm；阀的预紧高度0.1mm；泵的进出口直径为1.2mm；阀膜的厚度0.025mm；阀片与阀孔的尺寸匹配为1.1mm/0.8mm。并绘制最佳性能下的双腔压电胰岛素泵的流量及输出压力随频率的变化曲线，确定泵输出流量的最小分辨量为0.01U/次。4.探讨采取微精细加工等技术手段实现压电胰岛素泵整机零部件的小批量、高精度的加工制备，探讨了其批量加工生产工艺，从期早日实现产品化历程。在压电泵的小批量加工与装配的工艺设计中，涉及到热塑性塑料注塑、激光加工（包括激光焊接、激光切割、激光打标）、点胶从及超声波焊接。通过分析压电式胰岛素微泵的失效方式及失效机理，找出适合于压电泵的加快寿命试验办法，为压电胰岛素泵的稳定性、可靠性等进行实验评估提供论述基础及试验依据。关键词：微型压电泵论文圆形压电振子论文轮式阀论文悬臂梁阀论文压电胰岛素泵论文批量加工工艺论文加快寿命试验论文
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Abstract7-12
第一章 绪论12-22

1.1 引言12-14

1.2 胰岛素泵的进展和国内外近况14-17

1.3 用于胰岛素推注的压电微泵17-19

1.3.1 压电泵简介17-18

1.3.2 压电胰岛素泵结构18-19

1.4 本论文探讨作用及内容19-22

第二章 压电振子的论述分析与仿真探讨22-38

2.1 压电陶瓷介绍22-24

2.

1.1 压电材料的近况22-23

2.

1.2 压电陶瓷材料的选择23-24

2.2 压电振子的动力分析24-27

2.1 压电振子的构成24-25

2.2 压电振子的振动模态25-26

2.3 压电振子的支撑模式26-27

2.3 压论文导读：产工艺与加快疲劳试验的探讨78-906.1生产加工和装配工艺流程78-796.2压电泵的注塑生产技术79-816.2.1注塑材料的简介79-806.2.2注塑成型80-816.3激光加工81-856.3.1激光切割81-836.3.2阀、压电振子与泵体的激光焊接83-856.3.3泵的激光打标856.4压电振子装配的点胶技术85-866.5超声波焊接86-876.6加快疲劳试验的设
电振子弯曲变形挠曲线方程27-32

2.4 压电振子变形数值计算及结构优化设计32-35

2.4.1 输入电压与振子变形量的联系32-33

2.4.2 金属基板材料与振子变形量的联系33-34

2.4.3 压电振子各尺寸参数对其变形量的影响34-35

2.5 本章小结35-38

第三章 阀的工作特性与选择38-52

3.1 阀材料的选择38-42

3.

1.1 金属材料38-39

3.

1.2 有机薄膜材料39-42

3.2 阀结构的选择42-44
3.

2.1 “无阀”结构42-43

3.

2.2 主动阀结构43

3.

2.3 被动阀结构43-44

3.3 被动截止阀的分析与选择44-50

3.1 悬臂梁阀45-47

3.2 轮式阀47-50

3.4 本章小结50-52

第四章 压电胰岛素泵整体的结构设计及样机的试制52-66

4.1 传统胰岛素泵的结构设计概述52-55

4.

1.1 柱塞式胰岛素泵52-54

4.

1.2 压电驱动式胰岛素泵54-55

4.

1.2.1 电控压电胰岛素主动阀泵54

4.

1.2.2 四腔体、四振子串联结构压电胰岛素微泵54-55

4.2 各类结构压电泵工作性能分析55-61
4.

2.1 单腔压电泵的结构55-57

4.

2.2 多腔体串联结构压电泵的工作性能分析57-59

4.

2.3 多腔体并联结构压电泵的工作性能分析59-60

4.

2.4 双腔混联压电泵的工作性能分析60-61

4.3 双腔体串联压电泵的几种结构极为工作原理61-62
4.

3.1 I 型双腔体串联压电泵61-62

4.

3.2 II 型和 III 型双腔体串联压电泵62

4.4 双腔体压电泵样机的制作62-65

4.1 微型压电泵的制作选材63

4.2 泵制作工艺的技术重点63-64

4.3 泵的制作工艺及装配64-65

4.5 本章小结65-66

第五章 泵体结构的尺寸参数优化及性能测试66-78

5.1 驱动信号选择66-67

5.2 阀尺寸参数的设计67-70

5.

2.1 阀片与阀孔的匹配实验67-69

5.

2.2 阀的厚度对压电泵输出性能的影响69-70

5.3 泵腔体尺寸的设计70-75
5.

3.1 腔体高度设计与泵的自吸性能70-73

5.

3.2 压电泵进出口直径73-74

5.

3.3 预紧高度对压电泵输出性能的影响74-75

5.4 双腔串联压电胰岛素泵的性能测试75-76

5.5 本章小结76-78

第六章 压电泵批量生产工艺与加快疲劳试验的探讨78-90

6.1 生产加工和装配工艺流程78-79

6.2 压电泵的注塑生产技术79-81

6.

2.1 注塑材料的简介79-80

6.

2.2 注塑成型80-81

6.3 激光加工81-85
6.

3.1 激光切割81-83

6.

3.2 阀、压电振子与泵体的激光焊接83-85

6.

3.3 泵的激光打标85

6.4 压电振子装配的点胶技术85-86

6.5 超声波焊接86-87

6.6 加快疲劳试验的设计87-88

6.7 本章小结88-90

第七章 结论与创新90-92
参考文献92-98
作者介绍98-99
致谢99