對稱螺旋線形閥壓電泵的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種對稱螺旋線形閥壓電泵，包括壓電振子（1）、泵蓋（2）、閥座（3）、螺釘（4）、泵座（6）、密封圈（7）、密封圈（8）、螺釘（9），所述泵座（6）頂部設有泵蓋（2），泵座（6）上端為閥座（3），閥座（3）與泵座（6）之間設有密封圈（7），閥座（3）與泵蓋（2）之間設有密封圈（8），閥座（3）頂部設有壓電振子（1），所述壓電振子（1）設于閥座（3）和泵蓋（2）之間，所述壓電振子（1）與泵蓋（2）、閥座（3）及泵座（6）之間通過螺釘（9）固定連接，在閥座（3）的進口和出口處通過螺釘（4）分別安裝有一對相互倒置的對稱螺旋線形單向閥(5)，結構簡單，成本低，可以有效實現(xiàn)壓電泵的開啟和關閉。
【專利說明】
對稱螺旋線形閥壓電泵
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種對稱螺旋線形閥壓電栗，屬于流體機械領域。
【背景技術】
[0002]栗是輸送流體或傳遞能量的機械。傳統(tǒng)意義上的栗一般是由電機驅(qū)動，無論在理論上、設計方法或制造技術上，已達到十分完善的程度。但受工作原理和結構的限制，如需要附加驅(qū)動電機，則體積較大，受電磁干擾，不易控制微小流量，因而難以滿足當前航空航天器、機器人、汽車、醫(yī)療器械、生物基因工程、微型機械的應用需求。
[0003]壓電栗是一種新型流體驅(qū)動器。它不需要附加驅(qū)動電機，而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應使壓電振子產(chǎn)生變形，再由變形產(chǎn)生栗腔的容積變化實現(xiàn)流體輸出或者利用壓電振子產(chǎn)生波動來傳輸液體。
[0004]壓電栗具有傳統(tǒng)栗所不具備的特點，能將傳統(tǒng)栗的驅(qū)動源部分、傳動部分及栗體三者合為一體，可實現(xiàn)結構簡單、體積小、重量輕、耗能低、無噪聲、無電磁干擾，可根據(jù)施加電壓或頻率控制輸出微小流量。盡管它的發(fā)明與發(fā)展僅30多年的歷史，已經(jīng)在上述領域里得到成功的應用。
[0005]壓電栗的種類繁多，形式各異，根據(jù)不同的分類標準分類不同。從閥體的有無可分為有閥壓電栗和無閥壓電栗;從閥體開閉的驅(qū)動方式可分為主動式有閥壓電栗和被動式有閥壓電栗。有閥壓電栗通常指由一對相互倒置的單向閥分別安裝在栗的進口和出口處，用于控制流體的流向。主動式有閥壓電栗的閥體的開閉需要用外加驅(qū)動電源和控制設備來控制閥體的開啟，增加了壓電栗的設計、安裝和控制環(huán)節(jié)。被動式有閥壓電栗是指壓電栗中閥體的開閉是由壓電栗的工作周期中栗腔的周期性變化的壓力來打開和關閉閥體，從而實現(xiàn)栗的作用。
[0006]迄今為止，有閥壓電栗發(fā)明了很多結構形式，已經(jīng)得到了廣泛的應用。有閥壓電栗的功能主要由控制流體流向的單向閥來實現(xiàn)，因此，單向閥的結構對壓電栗的性能有決定性的影響。傳統(tǒng)有閥壓電栗的單向閥是單臂的簡單曲臂梁形，它的開啟和關閉滯后于壓電栗驅(qū)動源很多，由于是單臂，閥在工作過程中會受到流體的側向作用力，使得閥體和閥座之間不居中而存在間隙，導致閥的關閉不可靠，跟從性和截止性不好，而壓電栗的動力源壓電陶瓷的振動幅度很低，所以壓電栗的頻率、流量和壓力就上不去。為了解決這些問題，有人發(fā)明了軟的漏斗形的閥、山形閥、輪式平板閥等。但是這些閥仍然有局限性，比如漏斗形的閥需要空間大，加工工序復雜，成本高；山形閥的面積大;輪式平板閥閥片與閥座的固定工藝復雜，容易出現(xiàn)閥片平整度的不好，閥的截止性能降低等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服有閥壓電栗結構復雜、跟從性和截止性不好、成本高等缺點，本發(fā)明的目的是提供一種對稱螺旋線形閥壓電栗，在閥座的進口和出口處分別安裝有一對相互倒置的對稱螺旋線形單向閥，用于控制流體的流向。吸程的時候，壓電振子向上彎曲，栗腔的體積變大壓力降低，進口處的對稱螺旋線形單向閥打開而出口處的關閉，這樣流體就流入栗腔；排程的時候，壓電振子向下彎曲，栗腔的體積變小壓力升高，進口處的對稱螺旋線形單向閥關閉，出口處的打開，這樣流體就從出口處流出。經(jīng)過吸程和排程一個完整的周期，栗就實現(xiàn)了流體的單向傳輸。這種栗具有效率高、流量大、結構簡單、安裝方便、成本低等優(yōu)點。
[0008]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種對稱螺旋線形閥壓電栗，包括壓電振子、栗蓋、閥座、螺釘、栗座、密封圈，所述栗座頂部設有栗蓋，栗座上端為閥座，閥座與栗座之間設有密封圈，栗座與栗蓋之間設有密封圈，栗座頂部設有壓電振子，所述壓電振子設于栗座和栗蓋之間，所述壓電振子與栗蓋、閥座及栗座之間通過螺釘固定連接，在閥座的進口和出口處通過螺釘分別安裝有一對相互倒置的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥，所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥的閥體與閥座的進口孔和出口孔相對應，通過螺釘安裝在閥座進口處的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥為吸入閥，通過螺釘安裝在閥座出口處的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥為排出閥。
[0009]本發(fā)明所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥由螺釘通過定位器安裝在閥座的進出口處，所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥的閥體與閥座的進出口相對應;所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥的閥體的形狀與進出口孔的形狀相匹配，其尺寸大于進出口孔的尺寸;所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥的閥體和定位器之間通過兩個對稱的螺旋線形狀的曲臂相連接;所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥由彈性金屬或非金屬材料制成。
[0010]采用以上技術方案后，本發(fā)明的有益效果是:簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥屬于對稱等螺旋角截錐螺旋彈簧閥，結構簡單，成本低，其對稱曲臂的形狀是簡支梁結構的對稱螺旋線，臂長是傳統(tǒng)閥臂長的數(shù)倍，因而其對栗腔壓力變化的反應靈敏，開啟量大，跟隨性好，該閥可以由金屬或非金屬彈性材料制成，且因為其曲臂的對稱結構，且兩曲臂的彈性系數(shù)一致，開啟和關閉時不會發(fā)生翹曲變形，也不會因為流體側向力的影響而不對中，因此關閉時具有較好的截止性能，可以有效實現(xiàn)壓電栗的開啟和關閉，而大大提高栗的輸出。
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0012]圖1為本發(fā)明對稱螺旋線形閥壓電栗的結構示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明對稱螺旋線形閥壓電栗的俯視圖。
[0014]圖3為本發(fā)明對稱螺旋線形單向閥主視圖的剖視圖。
[0015]圖4為本發(fā)明對稱螺旋線形單向閥的俯視圖。
[0016]圖5為本發(fā)明流體吸程時進口處對稱螺旋線形單向閥打開出口處關閉的狀態(tài)圖。
[0017]圖6為本發(fā)明流體排程時出口處對稱螺旋線形單向閥打開入口處關閉的狀態(tài)圖。
[0018]圖7為本發(fā)明對稱螺旋線形閥壓電栗的工作原理圖。
【具體實施方式】
[0019]根據(jù)圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明一種對稱螺旋線形閥壓電栗，包括壓電振子1、栗蓋2、閥座3、螺釘4、栗座6、密封圈7、密封圈8、螺釘9，所述栗座6頂部設有栗蓋2，栗座6上端為閥座3，閥座3與栗座6之間設有密封圈7，閥座3與栗蓋2之間設有密封圈8，閥座3頂部設有壓電振子I，所述壓電振子I設于閥座3和栗蓋2之間，所述壓電振子I與栗蓋2、閥座3及栗座6之間通過螺釘9固定連接，在閥座3的進口和出口處通過螺釘4分別安裝有一對相互倒置的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5，所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5的閥體11與閥座3的進口孔和出口孔相對應，通過螺釘4安裝在閥座3進口處的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5為吸入閥，通過螺釘4安裝在閥座3出口處的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5為排出閥。
[0020]本發(fā)明所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5由螺釘4通過定位器10安裝在閥座3的進出口處，所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5的閥體11與閥座3進出口孔相對應，其尺寸大于閥座3的進出口孔的尺寸;所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5的閥體11的形狀與閥座3進出口孔的形狀相匹配，所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5的閥體11和閥座3的進出口孔的形狀可以為圓形，也可以為其它幾何形狀;所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5的閥體11和定位器10之間通過兩個對稱的螺旋線形狀的曲臂12相連接，該曲臂的螺旋線形狀為包括但不限于阿基米德螺旋線或者對數(shù)螺旋線;所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5由彈性金屬或非金屬材料制成，如:鈹青銅或者彈簧鋼。
[0021]根據(jù)圖5、圖6所示，本發(fā)明一種對稱螺旋線形閥壓電栗，簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5用螺釘4安裝在閥座3進口孔內(nèi)部的是吸入閥，簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5用螺釘4安裝在閥座3出口孔外部的是排出閥，當栗腔容積變化引起腔內(nèi)流體壓力變化時，在流體的作用下簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5可以實現(xiàn)單向開啟和關閉。
[0022]根據(jù)圖7所示，本發(fā)明對稱螺旋線形閥壓電栗的工作原理圖，壓電栗工作時，對壓電振子I施加交流電信號，在電信號的激勵作用下，壓電振子I產(chǎn)生往復彎曲變形振動，引起栗腔體積和壓力交替變化，對稱螺旋線形閥壓電栗的工作過程如下:
第一階段(O?1/4T)，隨著電壓的不斷增大，壓電振子I由平衡位置不斷向上彎曲運動至極限位置，栗腔體積增至最大，腔內(nèi)出現(xiàn)負壓，閥座3進口處的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5的閥體打開，流體由進口孔流入栗腔。
[0023]第二階段(1/4T~2/4T)，在這個過程中，電壓不斷降低，壓電振子I的變形量減小，栗腔體積也不斷減小，腔內(nèi)壓強不斷增大，閥座3進口處的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5的閥體在壓力的作用下緊貼于閥座3進口的上端，關閉進口。
[0024]第三階段(2/4Τ~3/4Τ)，壓電振子I隨著電壓的增大由平衡位置向下做彎曲運動至最低點，栗腔體積不斷減小，腔內(nèi)壓力增至最大，閥座3出口處的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5的閥體打開，流體由出口孔流出栗腔。
[0025]第四階段(3/4Τ~Τ)，在這一階段，壓電振子上的電壓不斷降低，壓電振子I的變形量不斷減小，栗腔體積增大，腔內(nèi)壓強不斷降低，閥座3出口處的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5的閥體在壓力的作用下緊貼于出口的下端，關閉進口。
[0026]當壓電振子I沿S4—S1— S2運動時，栗腔處于舒張狀態(tài)，栗腔體積增大，腔內(nèi)出現(xiàn)負壓，此時閥座3出口處的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5關閉，進口處的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5打開，流體流入栗腔，為栗的吸程;當壓電振子I沿S2—S3—S4運動時，栗腔體積壓縮，腔內(nèi)壓強增大，此時閥座3進口處的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5關閉，出口處的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥5打開，流體流出栗腔，為栗的排程。如此，在一個工作周期內(nèi)，實現(xiàn)了流體的吸入和排出。
【主權項】
1.一種對稱螺旋線形閥壓電栗，包括壓電振子(I)、栗蓋(2)、閥座(3)、螺釘(4)、栗座(6)、密封圈(7)、密封圈(8)、螺釘(9)，所述栗座(6)頂部設有栗蓋(2)，栗座(6)上端為閥座(3)，閥座(3)與栗座(6)之間設有密封圈(7)，閥座(3)與栗蓋(2)之間設有密封圈(8)，閥座(3)頂部設有壓電振子(I)，所述壓電振子(I)設于閥座(3)和栗蓋(2)之間，所述壓電振子(I)與栗蓋(2)、閥座(3)及栗座(6)之間通過螺釘(9)固定連接，其特征在于在閥座(3)的進口和出口處通過螺釘(4)分別安裝有一對相互倒置的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥(5)，所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥(5)的閥體(11)與閥座(3)的進口孔和出口孔相對應;通過螺釘(4)安裝在閥座(3)進口處的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥(5)為吸入閥，通過螺釘(4)安裝在閥座(3)出口處的簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥(5)為排出閥，所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥(5)的閥體(11)和定位器(10)之間通過兩個對稱的螺旋線形狀的曲臂(12)相連接。2.根據(jù)權利要求1所述的一種對稱螺旋線形閥壓電栗，其特征在于所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥(5)由螺釘(4)通過定位器(10)安裝在閥座(3)的進出口處，所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥(5)的閥體(11)與閥座(3 )進出口孔相對應，其尺寸大于閥座(3)的進出口孔的尺寸。3.根據(jù)權利要求1所述的一種對稱螺旋線形閥壓電栗，其特征在于所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥(5)的閥體(11)的形狀與閥座(3)進出口孔的形狀相匹配。4.根據(jù)權利要求1所述的一種對稱螺旋線形閥壓電栗，其特征在于所述簡支梁結構的對稱螺旋線形單向閥(5)由彈性金屬或非金屬材料制成。
【文檔編號】F04B43/04GK105927517SQ201610549349
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月13日
【發(fā)明人】王穎, 張建輝
【申請人】王穎, 張建輝