專利名稱：一種壓電陶瓷組合泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微量泵制造技術(shù)，涉及對壓電陶瓷變量泵的改進(jìn)。它主要應(yīng)用在要求泵源無流量脈動，而且連續(xù)的應(yīng)用場合中。
背景技術(shù)：
目前，軸向柱塞泵以其結(jié)構(gòu)緊湊，徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動慣量小，轉(zhuǎn)速高，且易于變量等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在工程機(jī)械、起重運(yùn)輸、冶金、航空航天、船舶等多種領(lǐng)域。但其固有的流量脈動，限制了其在某些需要壓力脈動小，微量精密位移場合中的應(yīng)用。隨著基于壓電陶瓷材料的驅(qū)動器的研制開發(fā)，由基于壓電陶瓷材料的驅(qū)動器直接驅(qū)動的壓電陶瓷泵便應(yīng)運(yùn)而生。但現(xiàn)有的壓電陶瓷泵，流量不連續(xù)，而且一般采用單向閥來控制流體流動方向，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作頻率低。例如圖1給出一種壓電陶瓷泵原理圖。其工作原理是當(dāng)壓電陶瓷泵兩側(cè)的二位二通換向閥均處于接通狀態(tài)時，單向閥被旁路，由低壓泵向設(shè)備供油，實(shí)現(xiàn)大行程位移和預(yù)加載；當(dāng)二位二通閥處于截止?fàn)顟B(tài)時，壓電陶瓷泵可進(jìn)入工作狀態(tài)，向設(shè)備提供小量位移和粗加載；當(dāng)所施加的載荷接近目標(biāo)值時，可以通過對電場強(qiáng)度的精密控制來實(shí)現(xiàn)微量位移和精密加載；當(dāng)左側(cè)換向閥接通，右側(cè)換向閥截止時，通過對電場強(qiáng)度的精密控制可實(shí)現(xiàn)精密卸載。由原理圖可看出其中有兩個單向閥。(參見“壓電陶瓷泵研究”，《機(jī)床與液壓)》，2003年第一期，147-148頁。)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，流量連續(xù)而且無脈動的壓電陶瓷變量泵。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種壓電陶瓷組合泵，包括調(diào)節(jié)螺釘1、柱塞套2、壓電陶瓷堆3、柱塞5、復(fù)位彈簧6、端蓋7，柱塞套2是一個帶有貫通內(nèi)腔的圓柱體，調(diào)節(jié)螺釘1通過螺紋與柱塞套2的一端連接，端蓋7將柱塞套2的另一端封閉，柱塞套2的內(nèi)腔分為兩段，靠近調(diào)節(jié)螺釘1的一段為壓電陶瓷腔，靠近端蓋7的一段為柱塞腔，柱塞5位于柱塞腔內(nèi)，其特征在于，
(1)在柱塞5上有一個環(huán)形槽，在環(huán)形槽與柱塞5后端面之間有密封圈4，在柱塞套2的柱塞腔段的側(cè)壁上有排油孔8和吸油孔9，排油孔8和吸油孔9對稱分布在環(huán)形槽兩邊，壓電陶瓷堆3位于壓電陶瓷腔內(nèi)，它的前端面頂住柱塞5的后端面，它的后端面頂住調(diào)節(jié)螺釘1，復(fù)位彈簧6位于端蓋7和柱塞5之間，(2)有一個泵體，在泵體上至少安裝一對結(jié)構(gòu)相同的壓電陶瓷柱塞泵，組成壓電陶瓷組合泵，泵體上有吸油口和排油口，所有壓電陶瓷柱塞泵的吸油孔9通過泵體上的內(nèi)通路與泵體吸油口連通，所有壓電陶瓷柱塞泵的排油孔8通過泵體上的內(nèi)通路與泵體排油口連通；(3)在每個壓電陶瓷柱塞泵的柱塞套2上有一個串聯(lián)孔11，它位于吸油孔9和排油孔8之間，與柱塞5上的環(huán)形槽對應(yīng)，在端蓋7上有一個中心孔10，第一壓電陶瓷柱塞泵上的中心孔10通過泵體上的內(nèi)通路與第二壓電陶瓷柱塞泵上的串聯(lián)孔11連通，第二壓電陶瓷柱塞泵上的中心孔10通過泵體上的內(nèi)通路與第一壓電陶瓷柱塞泵上的串聯(lián)孔11連通。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明克服了單柱塞壓電陶瓷泵流量的不連續(xù)性，而且無流量脈動，并且通過柱塞的吸油和排油直接實(shí)現(xiàn)吸油孔和排油孔的通斷，避免了采用單向閥所帶來的使結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且不能使用在高頻，提高了壓電陶瓷堆的振動頻率。


圖1是現(xiàn)有的一種壓電陶瓷泵原理圖。
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是壓電陶瓷驅(qū)動電壓與對應(yīng)輸出流量曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖2，本發(fā)明壓電陶瓷組合泵，采用對稱布置的兩個柱塞壓電陶瓷泵組成組合泵。它包括由調(diào)節(jié)螺釘1、柱塞套2、壓電陶瓷堆3、密封圈4、柱塞5、復(fù)位彈簧6、端蓋7構(gòu)成的壓電陶瓷柱塞泵，柱塞套2是一個帶有貫通內(nèi)腔的圓柱體，調(diào)節(jié)螺釘1通過螺紋與柱塞套2的一端連接，端蓋7將柱塞套2的另一端封閉。柱塞套2的內(nèi)腔分為兩段，靠近調(diào)節(jié)螺釘1的一段為壓電陶瓷腔，靠近端蓋7的一段為柱塞腔。柱塞5位于柱塞腔內(nèi)，其特征在于，(1)在柱塞5上有一個環(huán)形槽。柱塞5和柱塞套2內(nèi)腔之間通過間隙配合來保證可靠密封。所謂前后方向按如下定義端蓋7的一側(cè)為泵的前方，調(diào)節(jié)螺釘1一側(cè)為后方。在環(huán)形槽與柱塞5后端面之間有密封圈4。在柱塞套2的柱塞腔段的側(cè)壁上有排油孔8和吸油孔9，排油孔8和吸油孔9對稱分布在環(huán)形槽兩邊，當(dāng)柱塞5處于中間位置時，其上的環(huán)形槽與柱塞套2上吸油孔9和排油孔8均不連通。壓電陶瓷堆3位于壓電陶瓷腔內(nèi)，它的前端面頂住柱塞5的后端面，它的后端面頂住調(diào)節(jié)螺釘1。復(fù)位彈簧6位于端蓋7和柱塞5之間。
(2)有一個泵體，在泵體上至少安裝一對結(jié)構(gòu)相同的壓電陶瓷柱塞泵，組成壓電陶瓷組合泵。泵體上有吸油口和排油口，所有壓電陶瓷柱塞泵的吸油孔9通過泵體上的內(nèi)通路與泵體吸油口連通，所有壓電陶瓷柱塞泵的排油孔8通過泵體上的內(nèi)通路與泵體排油口連通。
(3)在每個壓電陶瓷柱塞泵的柱塞套2上有一個串聯(lián)孔11，它位于吸油孔9和排油孔8之間，和環(huán)形槽相連通，在端蓋7上有一個中心孔10，第一壓電陶瓷柱塞泵上的中心孔10通過泵體上的內(nèi)通路與第二壓電陶瓷柱塞泵上的串聯(lián)孔11連通，第二壓電陶瓷柱塞泵上的中心孔10通過泵體上的內(nèi)通路與第一壓電陶瓷柱塞泵上的串聯(lián)孔11連通。這里的第一和第二是為了敘述的方便，圖2中左邊或者右邊的柱塞泵都可以作為第一壓電陶瓷柱塞泵，本文規(guī)定左邊的壓電陶瓷柱塞泵為第一壓電陶瓷柱塞泵，則右邊為第二壓電陶瓷柱塞泵。
為了縮短柱塞泵的長度，在柱塞5的后端面上有一個盲孔，壓電陶瓷堆3的前端插入該盲孔中，它的前端面頂住盲孔的內(nèi)端面。
本發(fā)明的工作原理是當(dāng)為壓電陶瓷組合泵施加1/2工作電壓的偏置電壓時，柱塞5處于中間位置時，其上的環(huán)形槽與柱塞套2上的串聯(lián)孔11連通，與柱塞套2上的吸油孔9和排油孔8都不連通。兩個壓電陶瓷柱塞泵同時施加三角波的驅(qū)動電壓而且正好相位相差90°，如圖3所示。在0～T/4周期內(nèi)，第一壓電陶瓷柱塞泵的壓電陶瓷堆3縮短，在復(fù)位彈簧6作用下，柱塞5向左移動進(jìn)行吸油，而且使泵體上的排油口通過柱塞套2上的排油孔8、環(huán)形槽和串聯(lián)孔11與第二壓電陶瓷柱塞泵的中心孔10相連通，形成一條排油通路，保證了第二壓電陶瓷柱塞泵能夠排油；同時第二壓電陶瓷柱塞泵的壓電陶瓷堆3伸長，推動柱塞5向左移動進(jìn)行排油，而且使泵體上的吸油口通過柱塞套2上的吸油孔9、柱塞5上的環(huán)形槽和柱塞套2上的串聯(lián)孔11與第一壓電陶瓷柱塞泵的中心孔10連通，形成一條吸油通路，保證了第一壓電陶瓷柱塞泵的吸油；而且，第一壓電陶瓷泵柱塞5上的環(huán)形槽逐漸與排油孔8關(guān)閉，第二壓電陶瓷泵柱塞5上的環(huán)形槽逐漸與吸油孔9全開。在T/4周期時，第一壓電陶瓷泵柱塞5上的環(huán)形槽回復(fù)至中位，與排油孔8和吸油孔9均關(guān)閉，第二壓電陶瓷泵柱塞5上的環(huán)形槽與吸油孔9全開。在T/4～T/2周期內(nèi)，第一壓電陶瓷柱塞泵的壓電陶瓷堆3繼續(xù)縮短，在復(fù)位彈簧6作用下，柱塞5向左繼續(xù)移動進(jìn)行吸油，而且使泵體上的吸油口通過柱塞套2上的吸油孔9、環(huán)形槽和串聯(lián)孔11與第二壓電陶瓷柱塞泵的中心孔10相連通，形成一條吸油通路，保證了第二壓電陶瓷柱塞泵能夠吸油；同時第二壓電陶瓷柱塞泵的壓電陶瓷堆3縮短，在復(fù)位彈簧6作用下，柱塞5向右移動進(jìn)行吸油，而且使泵體上的吸油口通過柱塞套2上的吸油孔9、柱塞5上的環(huán)形槽和柱塞套2上的串聯(lián)孔11與第一壓電陶瓷柱塞泵的中心孔10連通，形成一條吸油通路，保證了第一壓電陶瓷柱塞泵的繼續(xù)吸油；而且，第一壓電陶瓷泵柱塞5上的環(huán)形槽逐漸與吸油孔9全開，第二壓電陶瓷泵柱塞5上的環(huán)形槽逐漸與吸油孔9逐漸關(guān)閉。在T/2周期時，第一壓電陶瓷泵柱塞5上的環(huán)形槽與吸油孔9全開，第二壓電陶瓷泵柱塞5上的環(huán)形槽回復(fù)至中位，與排油孔8和吸油孔9均關(guān)閉。其它周期內(nèi)的情況類似。這樣，在驅(qū)動電壓作用下，通過對左右兩端的壓電陶瓷堆加圖3所示的驅(qū)動電壓，就能實(shí)現(xiàn)壓電陶瓷組合泵的連續(xù)吸油和排油。
單對的的流量曲線如圖3所示。若采用兩對，并且第二對的驅(qū)動電壓幅值與第一對的驅(qū)動電壓相同，相位比第一對的各滯后180°，則流量曲線為一條連續(xù)且與坐標(biāo)軸平行的直線。這樣，泵的流量連續(xù)且沒有脈動。通過調(diào)節(jié)施加在每對上面的三角波電壓的幅值或頻率，還可以調(diào)節(jié)泵的輸出流量。
權(quán)利要求
1.一種壓電陶瓷組合泵，包括調(diào)節(jié)螺釘[1]、柱塞套[2]、壓電陶瓷堆[3]、柱塞[5]、復(fù)位彈簧[6]、端蓋[7]，柱塞套[2]是一個帶有貫通內(nèi)腔的圓柱體，調(diào)節(jié)螺釘[1]通過螺紋與柱塞套[2]的一端連接，端蓋[7]將柱塞套[2]的另一端封閉，柱塞套[2]的內(nèi)腔分為兩段，靠近調(diào)節(jié)螺釘[1]的一段為壓電陶瓷腔，靠近端蓋[7]的一段為柱塞腔，柱塞[5]位于柱塞腔內(nèi)，其特征在于，(1)在柱塞[5]上有一個環(huán)形槽，在環(huán)形槽與柱塞[5]后端面之間有密封圈[4]，在柱塞套[2]的柱塞腔段的側(cè)壁上有排油孔[8]和吸油孔[9]，排油孔[8]和吸油孔[9]對稱分布在環(huán)形槽兩邊，壓電陶瓷堆[3]位于壓電陶瓷腔內(nèi)，它的前端面頂住柱塞[5]的后端面，它的后端面頂住調(diào)節(jié)螺釘[1]，復(fù)位彈簧[6]位于端蓋[7]和柱塞[5]之間，(2)有一個泵體，在泵體上至少安裝一對結(jié)構(gòu)相同的壓電陶瓷柱塞泵，組成壓電陶瓷組合泵，泵體上有吸油口和排油口，所有壓電陶瓷柱塞泵的吸油孔[9]通過泵體上的內(nèi)通路與泵體吸油口連通，所有壓電陶瓷柱塞泵的排油孔[8]通過泵體上的內(nèi)通路與泵體排油口連通；(3)在每個壓電陶瓷柱塞泵的柱塞套[2]上有一個串聯(lián)孔[11]，它位于吸油孔[9]和排油孔[8]之間，與柱塞[5]上的環(huán)形槽對應(yīng)，在端蓋[7]上有一個中心孔[10]，第一壓電陶瓷柱塞泵上的中心孔[10]通過泵體上的內(nèi)通路與第二壓電陶瓷柱塞泵上的串聯(lián)孔[11]連通，第二壓電陶瓷柱塞泵上的中心孔[10]通過泵體上的內(nèi)通路與第一壓電陶瓷柱塞泵上的串聯(lián)孔[11]連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷組合泵，其特征在于，在柱塞[5]的后端面上有一個盲孔，壓電陶瓷堆[3]的前端插入該盲孔中，它的前端面頂住盲孔的內(nèi)端面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電陶瓷組合泵，其特征在于，在泵體上安裝1～2對壓電陶瓷柱塞泵，所有壓電陶瓷柱塞泵的吸油孔[9]通過泵體上的內(nèi)通路與泵體吸油口連通，所有壓電陶瓷柱塞泵的排油孔[8]通過泵體上的內(nèi)通路與泵體排油口連通。
全文摘要
本發(fā)明屬于微量泵制造技術(shù)，涉及對壓電陶瓷變量泵的改進(jìn)。它包括由調(diào)節(jié)螺釘1、柱塞套2、壓電陶瓷堆3、密封圈4、柱塞5、復(fù)位彈簧6、端蓋7構(gòu)成的壓電陶瓷柱塞泵，其特征在于，在泵體上至少安裝一對結(jié)構(gòu)相同的壓電陶瓷柱塞泵，組成壓電陶瓷組合泵，第一壓電陶瓷柱塞泵的中心孔10與第二壓電陶瓷柱塞泵的串聯(lián)孔11連通，第二壓電陶瓷柱塞泵的中心孔10與第一壓電陶瓷柱塞泵上的串聯(lián)孔11連通。本發(fā)明使壓電陶瓷柱塞泵的流量連續(xù)且無脈動，同時提高了壓電陶瓷堆的振動頻率。
文檔編號F04B23/06GK1661232SQ200410004540
公開日2005年8月31日 申請日期2004年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者焦宗夏, 李樹立 申請人:北京航空航天大學(xué)