一种压电驱动的柱塞泵的制作方法

本发明涉及液压技术领域，具体涉及一种压电驱动的柱塞泵。

背景技术：

柱塞泵是液压系统的关键部件，它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械、船舶、航天航空动力系统、空间站、水下作业系统等的液压系统中。

传统的柱塞泵通常使用电机驱动,存在容易受电磁干扰，在低温、真空等环境中应用受限的情况，且存在柱塞泵的配流结构复杂，功率密度不够高等问题。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题是针对传统柱塞泵存在的不足，提供一种结构简单,响应速度快,噪声低,定位精度高,运动准确,且不受磁场干扰的压电驱动的柱塞泵。

本发明所采用的技术方案是：一种压电驱动的柱塞泵，包括壳体、封盖在壳体前后两端的端盖、设于壳体内且连接有柱塞杆的柱塞、设于壳体上的进液口和出液口，还包括设于壳体内的压电振动片和弹性摩擦片、设于柱塞前侧的前限位机构、设于柱塞后侧的后限位机构、嵌合在前限位机构与柱塞之间的前侧钢球、嵌合在后限位机构与柱塞之间的后侧钢球；所述压电振动片与弹性摩擦片耦合连接，弹性摩擦片通过键槽、滚针与柱塞的柱塞杆相连接；所述柱塞的周壁上设有若干个配流窗口。

所述前限位机构包括前限位盘，所述后限位机构包括后限位盘；所述前限位盘朝向柱塞的盘面上设有适于前侧钢球滚动的环形曲线槽，后限位盘朝向柱塞的盘面上设有适于后侧钢球滚动的环形曲线槽；所述柱塞的前端连接有若干个与前限位盘的环形曲线槽相适配的前侧顶柱，前侧顶柱朝向前限位盘的端面上设有卡置钢球的球槽；柱塞的后端连接有若干个与后限位盘的环形曲线槽相适配的后侧顶柱，后侧顶柱朝向后限位盘的端面上设有卡置后侧钢球的球槽；所述前侧钢球嵌合在前限位盘的环形曲线槽与前侧顶柱的球槽之间，后侧钢球嵌合在后限位盘的环形曲线槽与后侧顶柱的球槽之间。

所述壳体上设有环形集液槽、集液槽盖板、环形分液槽、分液槽盖板。

所述前侧顶柱和后侧顶柱和后侧顶柱优选分别为3个。

所述柱塞周壁上的配流窗口优选为3～6个。

本发明的工作原理：压电振动片在高频交流电压下，利用逆压电效应，在压电频段产生微观机械振动，并将这种振动通过共振放大和摩擦耦合变换成弹性摩擦片旋转运动，弹性摩擦片带动柱塞旋转，弹性摩擦片与柱塞杆的连接处采用键槽加滚针的形式，能将滑动摩擦转变为滚动摩擦，大大减小了摩擦阻力；同时，由于在柱塞前后两侧都设有限位盘且限位盘上都设有环形曲线槽，而柱塞的前后两端都连接有顶柱且顶柱上都设有球槽，前侧钢球嵌合在前限位盘的环形曲线槽与前侧顶柱的球槽之间，后侧钢球嵌合在后限位盘的环形曲线槽与后侧顶柱的球槽之间，在前后两侧限位盘和钢球的共同作用下，能够把滑动摩擦转变为滚动摩擦，且柱塞在旋转运动的同时被迫做往复直线运动，实现柱塞的直线往复运动和周向旋转运动的复合(柱塞的旋转和滑动两个运动自由度)，柱塞直线往复运动使泵的容腔发生周期性的变化，柱塞的周向旋转运动产生配流作用。这样，传输介质从进液口吸入，由出液口压出，从而实现流体输送功能。

本发明的有益效果是：1、本发明所述柱塞泵采用压电驱动，与传统电机驱动相比，没有电磁绕组和磁路，不用电磁相互作用来转换能力，而是利用逆压电效应、压电振动和摩擦耦合来转换能量，具有结构简单、小型轻量、响应速度快、噪声低、断电自锁、定位精度高、不受磁场干扰、运动准确等优点，且还具有耐低温、真空等适应太空环境的特点；2、本发明所述柱塞泵不需要附加齿轮等变速结构，避免了使用齿轮变速而产生的震动、冲击与噪声、低效率、难控制等一系列问题，且位置定位精度很高，直线分辨率可达纳米级，旋转分辨率可达角秒级；3、本发明通过设置压电振动片、弹性摩擦片、柱塞、前限位盘、后限位盘、前侧钢球、后侧钢球等装置，且前后两个限位盘上都设有环形曲线槽，而柱塞的前后两端都连接有顶柱且顶柱上都设有球槽，前侧钢球嵌合在前限位盘的环形曲线槽与前侧顶柱的球槽之间，后侧钢球嵌合在后限位盘的环形曲线槽与后侧顶柱的球槽之间，在前后两侧限位盘和钢球的共同作用下，能够把滑动摩擦转变为滚动摩擦，且柱塞在旋转运动的同时被迫做往复直线运动，实现柱塞的直线往复运动和周向旋转运动的复合，柱塞直线往复运动使泵的容腔发生周期性的变化，柱塞的周向旋转运动产生配流作用，从而完成吸液和压液动作，实现流体输送功能；4、本发明所述柱塞泵中传动介质与润滑介质分离，不仅适用于油介质，也适用淡水和海水介质，适用范围大大增加；5、本发明所述柱塞泵将柱塞、传动机构与配流机构集成为一体，减少了传动级数，使传功效率大大提高，还减少了零部件的个数，改善了关键零部件的受力状态和工作条件，适用于航空航天、空间站对零部件重量要求苛刻的领域。

附图说明

图1为压电驱动的柱塞泵的俯视剖面结构示意图。

图2为压电驱动的柱塞泵的正视剖面结构示意图。

图3为压电驱动的柱塞泵中柱塞、钢球、限位盘的结构示意图。

图4为压电驱动的柱塞泵中限位盘的结构示意图。

附图标记说明：1－前端盖；2－压电振动片；3－弹性摩擦片；4－滚针；5－前侧顶柱；6－前限位盘；7－壳体；8－柱塞；9－柱塞杆；10－后端盖；11－后侧顶柱；12－后限位盘；13－环形集液槽；14－集液槽盖板；15－环形分液槽；16－分液槽盖板；17－电源线；18－前侧钢球；19－进液口；20－出液口；21－配流窗口；22－容腔；23－后侧钢球；24－环形曲线槽。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步说明。

一种压电驱动的柱塞泵，如图1、图2、图3、图4所示，包括壳体7、封盖在壳体7前端的前端盖1、封盖在壳体7后端的后端盖10、设于壳体7内且连接有柱塞杆9的柱塞8、设于壳体7上的进液口19和出液口20，还包括设于壳体7内的压电振动片2和弹性摩擦片3，以及设于柱塞8前侧的前限位机构、设于柱塞8后侧的后限位机构、嵌合在前限位机构与柱塞8之间的前侧钢球18、嵌合在后限位机构与柱塞8之间的后侧钢球23。所述压电振动片2与弹性摩擦片3耦合连接，弹性摩擦片3通过键槽、滚针4与柱塞8的柱塞杆9相连接。所述柱塞8的周壁上设有4个配流窗口21。

所述前限位机构包括前限位盘6，所述后限位机构包括后限位盘12。前限位盘6朝向柱塞8的盘面上设有适于前侧钢球18滚动的环形曲线槽24，后限位盘12朝向柱塞8的盘面上也设有适于后侧钢球23滚动的环形曲线槽。前限位盘6的环形曲线槽24与后限位盘12的环形曲线槽为同步槽。所述柱塞8的前端连接有三个与前限位盘6的环形曲线槽相适配的前侧顶柱5，前侧顶柱5朝向前限位盘6的端面上设有卡置前侧钢球18的球槽；柱塞8的后端连接有三个与后限位盘12的环形曲线槽相适配的后侧顶柱11，后侧顶柱11朝向后限位盘12的端面上也设有卡置后侧钢球23的球槽。所述前侧钢球18嵌合在前限位盘6的环形曲线槽与前侧顶柱5的球槽之间，所述后侧钢球23嵌合在后限位盘12的环形曲线槽与后侧顶柱11的球槽之间。所述壳体7上还设有环形集液槽13、集液槽盖板14、环形分液槽15、分液槽盖板16。所述压电振动片2与电源线17相连接。

本发明的工作原理：压电振动片2在高频交流电压下，利用逆压电效应，在压电频段产生微观机械振动，并将这种振动通过共振放大和摩擦耦合变换成弹性摩擦片3旋转运动，弹性摩擦片3带动柱塞8旋转，弹性摩擦片3与柱塞杆9的连接处采用键槽加滚针4的形式，能将滑动摩擦转变为滚动摩擦，大大减小了摩擦阻力。同时，由于在柱塞8的前后两侧都设有限位盘且两个限位盘上都设有环形曲线槽，而柱塞8的前后两端都连接有顶柱且顶柱上都设有球槽，前侧钢球18嵌合在前限位盘6的环形曲线槽与前侧顶柱5的球槽之间，后侧钢球23嵌合在后限位盘12的环形曲线槽与后侧顶柱11的球槽之间，在前后两侧限位盘和钢球的共同作用下，能够把滑动摩擦转变为滚动摩擦，且柱塞8在旋转运动的同时被迫做往复直线运动，实现柱塞8的直线往复运动和周向旋转运动的复合，柱塞8往复直线运动使泵的容腔22发生周期性的变化，柱塞8的周向旋转运动产生配流作用。这样，传输介质从进液口19吸入，由出液口20压出，从而实现流体输送功能。

上述实施例仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思进行非实质性的改动，均应属于本发明的保护范围。