专利名称：一种压电陶瓷组合泵的制作方法
技术领域：
本发明属于微量泵制造技术，涉及对压电陶瓷变量泵的改进。它主要应用在要求泵源无流量脉动，而且连续的应用场合中。
背景技术：
目前，轴向柱塞泵以其结构紧凑，径向尺寸小，转动惯量小，转速高，且易于变量等特点，广泛应用在工程机械、起重运输、冶金、航空航天、船舶等多种领域。但其固有的流量脉动，限制了其在某些需要压力脉动小，微量精密位移场合中的应用。随着基于压电陶瓷材料的驱动器的研制开发，由基于压电陶瓷材料的驱动器直接驱动的压电陶瓷泵便应运而生。但现有的压电陶瓷泵，流量不连续，而且一般采用单向阀来控制流体流动方向，导致结构复杂，工作频率低。例如图1给出一种压电陶瓷泵原理图。其工作原理是当压电陶瓷泵两侧的二位二通换向阀均处于接通状态时，单向阀被旁路，由低压泵向设备供油，实现大行程位移和预加载；当二位二通阀处于截止状态时，压电陶瓷泵可进入工作状态，向设备提供小量位移和粗加载；当所施加的载荷接近目标值时，可以通过对电场强度的精密控制来实现微量位移和精密加载；当左侧换向阀接通，右侧换向阀截止时，通过对电场强度的精密控制可实现精密卸载。由原理图可看出其中有两个单向阀。(参见“压电陶瓷泵研究”，《机床与液压)》，2003年第一期，147-148页。)发明内容本发明的目的是提供一种结构简单，流量连续而且无脉动的压电陶瓷变量泵。
本发明的技术方案是一种压电陶瓷组合泵，包括调节螺钉1、柱塞套2、压电陶瓷堆3、柱塞5、复位弹簧6、端盖7，柱塞套2是一个带有贯通内腔的圆柱体，调节螺钉1通过螺纹与柱塞套2的一端连接，端盖7将柱塞套2的另一端封闭，柱塞套2的内腔分为两段，靠近调节螺钉1的一段为压电陶瓷腔，靠近端盖7的一段为柱塞腔，柱塞5位于柱塞腔内，其特征在于，
(1)在柱塞5上有一个环形槽，在环形槽与柱塞5后端面之间有密封圈4，在柱塞套2的柱塞腔段的侧壁上有排油孔8和吸油孔9，排油孔8和吸油孔9对称分布在环形槽两边，压电陶瓷堆3位于压电陶瓷腔内，它的前端面顶住柱塞5的后端面，它的后端面顶住调节螺钉1，复位弹簧6位于端盖7和柱塞5之间，(2)有一个泵体，在泵体上至少安装一对结构相同的压电陶瓷柱塞泵，组成压电陶瓷组合泵，泵体上有吸油口和排油口，所有压电陶瓷柱塞泵的吸油孔9通过泵体上的内通路与泵体吸油口连通，所有压电陶瓷柱塞泵的排油孔8通过泵体上的内通路与泵体排油口连通；(3)在每个压电陶瓷柱塞泵的柱塞套2上有一个串联孔11，它位于吸油孔9和排油孔8之间，与柱塞5上的环形槽对应，在端盖7上有一个中心孔10，第一压电陶瓷柱塞泵上的中心孔10通过泵体上的内通路与第二压电陶瓷柱塞泵上的串联孔11连通，第二压电陶瓷柱塞泵上的中心孔10通过泵体上的内通路与第一压电陶瓷柱塞泵上的串联孔11连通。
本发明的优点是本发明克服了单柱塞压电陶瓷泵流量的不连续性，而且无流量脉动，并且通过柱塞的吸油和排油直接实现吸油孔和排油孔的通断，避免了采用单向阀所带来的使结构复杂而且不能使用在高频，提高了压电陶瓷堆的振动频率。
图1是现有的一种压电陶瓷泵原理图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是压电陶瓷驱动电压与对应输出流量曲线示意图。
具体实施例方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图2，本发明压电陶瓷组合泵，采用对称布置的两个柱塞压电陶瓷泵组成组合泵。它包括由调节螺钉1、柱塞套2、压电陶瓷堆3、密封圈4、柱塞5、复位弹簧6、端盖7构成的压电陶瓷柱塞泵，柱塞套2是一个带有贯通内腔的圆柱体，调节螺钉1通过螺纹与柱塞套2的一端连接，端盖7将柱塞套2的另一端封闭。柱塞套2的内腔分为两段，靠近调节螺钉1的一段为压电陶瓷腔，靠近端盖7的一段为柱塞腔。柱塞5位于柱塞腔内，其特征在于，(1)在柱塞5上有一个环形槽。柱塞5和柱塞套2内腔之间通过间隙配合来保证可靠密封。所谓前后方向按如下定义端盖7的一侧为泵的前方，调节螺钉1一侧为后方。在环形槽与柱塞5后端面之间有密封圈4。在柱塞套2的柱塞腔段的侧壁上有排油孔8和吸油孔9，排油孔8和吸油孔9对称分布在环形槽两边，当柱塞5处于中间位置时，其上的环形槽与柱塞套2上吸油孔9和排油孔8均不连通。压电陶瓷堆3位于压电陶瓷腔内，它的前端面顶住柱塞5的后端面，它的后端面顶住调节螺钉1。复位弹簧6位于端盖7和柱塞5之间。
(2)有一个泵体，在泵体上至少安装一对结构相同的压电陶瓷柱塞泵，组成压电陶瓷组合泵。泵体上有吸油口和排油口，所有压电陶瓷柱塞泵的吸油孔9通过泵体上的内通路与泵体吸油口连通，所有压电陶瓷柱塞泵的排油孔8通过泵体上的内通路与泵体排油口连通。
(3)在每个压电陶瓷柱塞泵的柱塞套2上有一个串联孔11，它位于吸油孔9和排油孔8之间，和环形槽相连通，在端盖7上有一个中心孔10，第一压电陶瓷柱塞泵上的中心孔10通过泵体上的内通路与第二压电陶瓷柱塞泵上的串联孔11连通，第二压电陶瓷柱塞泵上的中心孔10通过泵体上的内通路与第一压电陶瓷柱塞泵上的串联孔11连通。这里的第一和第二是为了叙述的方便，图2中左边或者右边的柱塞泵都可以作为第一压电陶瓷柱塞泵，本文规定左边的压电陶瓷柱塞泵为第一压电陶瓷柱塞泵，则右边为第二压电陶瓷柱塞泵。
为了缩短柱塞泵的长度，在柱塞5的后端面上有一个盲孔，压电陶瓷堆3的前端插入该盲孔中，它的前端面顶住盲孔的内端面。
本发明的工作原理是当为压电陶瓷组合泵施加1/2工作电压的偏置电压时，柱塞5处于中间位置时，其上的环形槽与柱塞套2上的串联孔11连通，与柱塞套2上的吸油孔9和排油孔8都不连通。两个压电陶瓷柱塞泵同时施加三角波的驱动电压而且正好相位相差90°，如图3所示。在0～T/4周期内，第一压电陶瓷柱塞泵的压电陶瓷堆3缩短，在复位弹簧6作用下，柱塞5向左移动进行吸油，而且使泵体上的排油口通过柱塞套2上的排油孔8、环形槽和串联孔11与第二压电陶瓷柱塞泵的中心孔10相连通，形成一条排油通路，保证了第二压电陶瓷柱塞泵能够排油；同时第二压电陶瓷柱塞泵的压电陶瓷堆3伸长，推动柱塞5向左移动进行排油，而且使泵体上的吸油口通过柱塞套2上的吸油孔9、柱塞5上的环形槽和柱塞套2上的串联孔11与第一压电陶瓷柱塞泵的中心孔10连通，形成一条吸油通路，保证了第一压电陶瓷柱塞泵的吸油；而且，第一压电陶瓷泵柱塞5上的环形槽逐渐与排油孔8关闭，第二压电陶瓷泵柱塞5上的环形槽逐渐与吸油孔9全开。在T/4周期时，第一压电陶瓷泵柱塞5上的环形槽回复至中位，与排油孔8和吸油孔9均关闭，第二压电陶瓷泵柱塞5上的环形槽与吸油孔9全开。在T/4～T/2周期内，第一压电陶瓷柱塞泵的压电陶瓷堆3继续缩短，在复位弹簧6作用下，柱塞5向左继续移动进行吸油，而且使泵体上的吸油口通过柱塞套2上的吸油孔9、环形槽和串联孔11与第二压电陶瓷柱塞泵的中心孔10相连通，形成一条吸油通路，保证了第二压电陶瓷柱塞泵能够吸油；同时第二压电陶瓷柱塞泵的压电陶瓷堆3缩短，在复位弹簧6作用下，柱塞5向右移动进行吸油，而且使泵体上的吸油口通过柱塞套2上的吸油孔9、柱塞5上的环形槽和柱塞套2上的串联孔11与第一压电陶瓷柱塞泵的中心孔10连通，形成一条吸油通路，保证了第一压电陶瓷柱塞泵的继续吸油；而且，第一压电陶瓷泵柱塞5上的环形槽逐渐与吸油孔9全开，第二压电陶瓷泵柱塞5上的环形槽逐渐与吸油孔9逐渐关闭。在T/2周期时，第一压电陶瓷泵柱塞5上的环形槽与吸油孔9全开，第二压电陶瓷泵柱塞5上的环形槽回复至中位，与排油孔8和吸油孔9均关闭。其它周期内的情况类似。这样，在驱动电压作用下，通过对左右两端的压电陶瓷堆加图3所示的驱动电压，就能实现压电陶瓷组合泵的连续吸油和排油。
单对的的流量曲线如图3所示。若采用两对，并且第二对的驱动电压幅值与第一对的驱动电压相同，相位比第一对的各滞后180°，则流量曲线为一条连续且与坐标轴平行的直线。这样，泵的流量连续且没有脉动。通过调节施加在每对上面的三角波电压的幅值或频率，还可以调节泵的输出流量。
权利要求
1.一种压电陶瓷组合泵，包括调节螺钉[1]、柱塞套[2]、压电陶瓷堆[3]、柱塞[5]、复位弹簧[6]、端盖[7]，柱塞套[2]是一个带有贯通内腔的圆柱体，调节螺钉[1]通过螺纹与柱塞套[2]的一端连接，端盖[7]将柱塞套[2]的另一端封闭，柱塞套[2]的内腔分为两段，靠近调节螺钉[1]的一段为压电陶瓷腔，靠近端盖[7]的一段为柱塞腔，柱塞[5]位于柱塞腔内，其特征在于，(1)在柱塞[5]上有一个环形槽，在环形槽与柱塞[5]后端面之间有密封圈[4]，在柱塞套[2]的柱塞腔段的侧壁上有排油孔[8]和吸油孔[9]，排油孔[8]和吸油孔[9]对称分布在环形槽两边，压电陶瓷堆[3]位于压电陶瓷腔内，它的前端面顶住柱塞[5]的后端面，它的后端面顶住调节螺钉[1]，复位弹簧[6]位于端盖[7]和柱塞[5]之间，(2)有一个泵体，在泵体上至少安装一对结构相同的压电陶瓷柱塞泵，组成压电陶瓷组合泵，泵体上有吸油口和排油口，所有压电陶瓷柱塞泵的吸油孔[9]通过泵体上的内通路与泵体吸油口连通，所有压电陶瓷柱塞泵的排油孔[8]通过泵体上的内通路与泵体排油口连通；(3)在每个压电陶瓷柱塞泵的柱塞套[2]上有一个串联孔[11]，它位于吸油孔[9]和排油孔[8]之间，与柱塞[5]上的环形槽对应，在端盖[7]上有一个中心孔[10]，第一压电陶瓷柱塞泵上的中心孔[10]通过泵体上的内通路与第二压电陶瓷柱塞泵上的串联孔[11]连通，第二压电陶瓷柱塞泵上的中心孔[10]通过泵体上的内通路与第一压电陶瓷柱塞泵上的串联孔[11]连通。
2.根据权利要求1所述的压电陶瓷组合泵，其特征在于，在柱塞[5]的后端面上有一个盲孔，压电陶瓷堆[3]的前端插入该盲孔中，它的前端面顶住盲孔的内端面。
3.根据权利要求1或2所述的压电陶瓷组合泵，其特征在于，在泵体上安装1～2对压电陶瓷柱塞泵，所有压电陶瓷柱塞泵的吸油孔[9]通过泵体上的内通路与泵体吸油口连通，所有压电陶瓷柱塞泵的排油孔[8]通过泵体上的内通路与泵体排油口连通。
全文摘要
本发明属于微量泵制造技术，涉及对压电陶瓷变量泵的改进。它包括由调节螺钉1、柱塞套2、压电陶瓷堆3、密封圈4、柱塞5、复位弹簧6、端盖7构成的压电陶瓷柱塞泵，其特征在于，在泵体上至少安装一对结构相同的压电陶瓷柱塞泵，组成压电陶瓷组合泵，第一压电陶瓷柱塞泵的中心孔10与第二压电陶瓷柱塞泵的串联孔11连通，第二压电陶瓷柱塞泵的中心孔10与第一压电陶瓷柱塞泵上的串联孔11连通。本发明使压电陶瓷柱塞泵的流量连续且无脉动，同时提高了压电陶瓷堆的振动频率。
文档编号F04B23/06GK1661232SQ200410004540
公开日2005年8月31日 申请日期2004年2月23日 优先权日2004年2月23日
发明者焦宗夏, 李树立 申请人:北京航空航天大学