一种薄膜密封式压电驱动微量喷射润滑装置的制作方法

本发明涉及空间润滑和压电微喷润滑技术领域，具体涉及一种薄膜密封式压电驱动微量喷射润滑装置。

背景技术：

航天器内部精密零部件中轴承的机械失效是整个航天器的运行故障的重要原因之一，因此要保障航天器能够长时间稳定工作，必须先解决航天器内部轴承机械失效的问题。航天器工作环境恶劣导致的润滑油挥发和劣化失效是轴承机械失效的主要原因，尽管固体润滑剂在稳定性上优于液体润滑剂，但是在精密部件上的使用受到限制。因此，提高润滑油寿命和设计一种稳定的供油装置至关重要。

目前较为成熟的供油装置主要是一些被动供油装置，被动供油装置尽管结构简单，但是存在供油量不稳定且难以控制的缺陷。到目前为止，国内外在润滑油供油装置的研究主要放在主动供油润滑装置方面。

压电材料具有响应速度快，能量利用率高，能量密度高，稳定性强等优点，一直被广泛应用到压电驱动领域。而压电微量喷射润滑技术，是利用逆压电效应，通过在压电材料的两极加载周期性交变电场，同时间接固定压电材料的某一边界，从而使得压电材料产生周期性的往复变形振动。压电材料产生的振动能够在固液交界面产生压力波传递到液体中。压力波能够在液体中产生一定的驱动力驱动液体的流动方向，压力波传导到喷口处从而驱动液体从喷口处喷射出来。因此压电驱动微量喷射润滑装置是通过控制压电材料的振动来控制喷射液体的喷射的，因此在喷射液滴数量，喷射液滴速度等方面都具有高度的可控性，结合压电材料高响应速度和能量利用率高，体积小的优点，综合来说是一种具有极大研究价值的主动供油润滑装置。而现有主动供油润滑装置的供油效果并不十分理想。

技术实现要素：

本发明为了解决现有航天器精密部件轴承机械失效的问题，进而提出一种薄膜密封式压电驱动微量喷射润滑装置。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种薄膜密封式压电驱动微量喷射润滑装置包括锁紧螺母、微喷后盖、供油芯轴、微喷前盖、和压电振子，供油芯轴后端的中部沿轴向方向设有供油腔，供油腔的前端沿径向方向对称设有多个供油通道，供油通道与供油腔相贯通，微喷后盖和微喷前盖套装在供油芯轴的外侧，微喷前盖与供油芯轴固接，微喷后盖设置在微喷前盖的后端，微喷后盖的后端设有锁紧螺母，锁紧螺母旋装在供油芯轴上，微喷后盖与微喷前盖之间设有压电振子，微喷后盖的前端面沿圆周方向设有环形凹槽，微喷前盖的后端面沿圆周方向设有喷油腔，环形凹槽和喷油腔相对设置，压电振子包括压电陶瓷片、弹性薄膜和铜片，弹性薄膜、铜片和压电陶瓷片由前至后依次固接，压电陶瓷片设置在环形凹槽内，微喷前盖前端面的外侧沿圆周方向均布设有多个喷油口，喷油腔与喷油口相贯通，微喷前盖的内部沿圆周方向均布设有多个喷油通道，喷油通道的一端与喷油腔连接，喷油通道的另一端与供油通道连接。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

1、本发明与传统压电微喷装置不同的是传统压电微喷装置的压电振子是将圆环形的压电振子的内圈和外圈边界固定，而让内圈和外圈中间部分自由振动。本发明是只固定压电振子的内圈边界，而让外圈部分自由振动，在相同驱动电压情况下，能够增大压电振子的总体振幅从而加强喷射液滴的喷射强度，提高能量利用率。

2、本发明将供油口放置在喷口的一侧，相对传统压电微喷装置将供油口放置在压电微喷装置的底部，可以缩减压电振子到喷口的距离，从而减小了压力波的传播距离，增大了喷口的压力波强度，从而增加了喷射强度，提高了能量利用率。

3、本发明压电振子在振动过程中，弹性薄膜能够产生一定的凹陷变形来减少压电振子振动过程中不必要的液体阻尼，能够有效加大压电振子的振动速度和强度。

4、本发明利用弹性薄膜来隔绝液体和压电陶瓷片的接触，相对部分压电振子浸入式的压电微喷装置，本发明能够同时适应导电和不导电的润滑油，提高了装置的适用范围。

5、本发明弹性薄膜在隔绝润滑油和压电陶瓷片接触的同时，由于弹性薄膜的上边界被微喷后盖和微喷前盖外圈压紧，能够起到密封的作用，能够有效减少额外密封装置，简化了结构。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是当本发明连接驱动电源，压电振子凹陷时的状态；

图4是当用轴承9代替供油芯轴4阶梯轴的轴肩时，本发明的主视图；

图5是当喷油腔5-1的深度加大时，微喷后盖2和微喷前盖5的局部放大示意图；

图6是本发明中供油芯轴4的主视图；

图7是图6的剖视图；

图8是图6的俯视图；

图9是本发明中微喷后盖2的剖视图；

图10是本发明中微喷后盖5的剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图10说明本实施方式，本实施方式所述一种薄膜密封式压电驱动微量喷射润滑装置包括锁紧螺母1、微喷后盖2、供油芯轴4、微喷前盖5、和压电振子，供油芯轴4后端的中部沿轴向方向设有供油腔4-1，供油腔4-1的前端沿径向方向对称设有多个供油通道4-2，供油通道4-2与供油腔4-1相贯通，微喷后盖2和微喷前盖5套装在供油芯轴4的外侧，微喷前盖5与供油芯轴4固接，微喷后盖2设置在微喷前盖5的后端，微喷后盖2的后端设有锁紧螺母1，锁紧螺母1旋装在供油芯轴4上，微喷后盖2与微喷前盖5之间设有压电振子，微喷后盖2的前端面沿圆周方向设有环形凹槽2-1，微喷前盖5的后端面沿圆周方向设有喷油腔5-1，环形凹槽2-1和喷油腔5-1相对设置，压电振子包括压电陶瓷片3、弹性薄膜7和铜片8，弹性薄膜7、铜片8和压电陶瓷片3由前至后依次固接，压电陶瓷片3设置在环形凹槽2-1内，微喷前盖5前端面的外侧沿圆周方向均布设有多个喷油口5-2，喷油腔5-1与喷油口5-2相贯通，微喷前盖5的内部沿圆周方向均布设有多个喷油通道5-3，喷油通道5-3的一端与喷油腔5-1连接，喷油通道5-3的另一端与供油通道4-2连接。

本实施方式中压电陶瓷片3、铜片8和弹性薄膜7的形状为均环形，压电陶瓷片3、铜片8和弹性薄膜7共同组成压电振子，压电振子固定在微喷后盖2和微喷前盖5之间，通过锁紧螺母1锁紧定位。弹性薄膜7作为整个压电振子的一部分，使压电微喷装置能够广泛适应各种导电或者不导电的液体，并能够有效保护压电陶瓷片3不被液体腐蚀，同时减少对压电压电振子的刚性约束。在相同激励电压的情况下，压电振子能够有更强的振动强度。

本实施方式中弹性薄膜7可以起到密封作用，在微喷后盖2和喷油腔5的挤压下，弹性薄膜7的外侧可以作为压电微喷装置外圈的密封结构。

本实施方式中采用测向供油的方式，喷油腔5-1的润滑油入口(即喷油通道5-3)和喷口(即喷油口5-2)在同一个方向，该结构能够有效缩短喷口到压电振子的距离，有助于加强喷射强度。

本实施方式中通过供油芯轴4作为一个轴向方向的限位，简化了整个结构。

本实施方式中可将喷油腔5-1的深度加大，做到几乎与供油通道4-2齐平，使得喷油口5-2更加靠近轴承，增强喷射效果。

具体实施方式二：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述弹性薄膜7固接在铜片8的前端面上，压电陶瓷片3固接在铜片8后端面的中部，铜片8的内侧固定在微喷后盖2和微喷前盖5之间的内侧，铜片8的外侧设置在环形凹槽2-1内，弹性薄膜7的外侧固定在微喷后盖2和微喷前盖5之间的外侧，弹性薄膜7的内侧设置在喷油腔5-1内。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

本实施方式中弹性薄膜7固接在铜片8前端面上，铜片8的内径小于弹性薄膜7的内径，铜片8的外径小于弹性薄膜7的外径。

本实施方式中也可直接将弹性薄膜7固定在铜片8前端面的外侧，即与铜片7的外圈固定。

具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述微喷后盖2的后端面上设有通孔2-2，驱动电源正极引线与压电陶瓷片3连接，并从通孔2-2中引出，驱动电源负极引线与微喷后盖2连接。其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述微喷前盖5的前端面为阶梯状，微喷前盖5前端面的中部设有凸起5-4，供油芯轴4为阶梯轴，凸起5-4的前端面与供油芯轴4的轴肩的后端面配合。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。

本实施方式中通过供油芯轴4的阶梯轴的设置，实现微喷前盖5的轴向定位。

本实施方式中也可用轴承9代替供油芯轴4阶梯轴的轴肩，将微喷前盖5的凸起5-4直接与轴承9的内圈端面配合，作为微喷前盖5的轴向定位。

本实施方式中在喷油口5-2的前端通常会放置喷头膜片，喷头膜片用来实现改变喷油口5-2大小的目的，微喷前盖5和供油芯轴4的阶梯状设置，可以便于实现喷头膜片的定位，同时方便喷头膜片的更换。

具体实施方式五：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述弹性薄膜7通过导电胶与铜片8固接。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。

如此设计保证压电振子整体的导电性。

具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述油芯轴4上沿圆周方向设有两个密封圈槽4-3，密封圈槽4-3设置在供油通道4-2的前后两侧，密封圈槽4-1内设有O型圈6。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、四或五相同。

为了方便安装，微喷后盖2、喷油腔5和供油芯轴4都是间隙配合，为了防止漏油，在供油通道4-2的前后两侧均设置有O型圈。

具体实施方式七：结合图2至图5说明本实施方式，本实施方式所述压电陶瓷片3沿厚度方向极化。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。

压电陶瓷片3沿厚度方向极化，当采用一阶谐振频率激励压电陶瓷片3时，压电振子会振动，此时和压电振子中的铜片8固连的弹性薄膜7部分会因为内部液体压力的原因成凹陷拉伸，弹性薄膜7可以看成振动过程中的泄压结构，这有助于减小压电振子在振动过程中的阻尼，可以提升压电振子的振动速度和振动的强度。

具体实施方式八：结合图2至图5说明本实施方式，本实施方式所述压电陶瓷片3的内圈高于喷油通道5-3一端端口的中心。其它组成和连接方式与具体实施方式七相同。

如此设计使压电振子振动的最强部分远离润滑油入口(即喷油通道5-3)，使喷口处(即喷油口5-2)处压力不收润滑油入口的影响。

具体实施方式九：结合图2和图6至图8说明本实施方式，本实施方式所述供油腔4-1的后端沿圆周方向设有螺纹。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、四、五、七或八相同。

本实施方式中供油芯轴4作为储油结构，如此设计以便于连接外界额外出油装置。

具体实施方式十：结合图2至图5和图10说明本实施方式，本实施方式所述喷油通道5-3的形状为“L”形，喷油通道5-3包括水平端和竖直端，喷油通道5-3的水平端与喷油腔5-1连通，喷油通道5-3的竖直端与供油通道4-2连通。其它组成和连接方式与具体实施方式九相同。

如此设计便于实现喷油腔5-1与供油通道4-2的连通。

本实施方式中多个供油通道4-2的数量为两个，多个喷油通道5-3的数量为四个，多个喷油口5-2的数量为四个。

工作原理

压电振子固定在微喷后盖2和微喷前盖5之间，通过锁紧螺母1锁紧定位。当采用一阶谐振频率激励压电陶瓷片3时，压电振子会振动，此时和压电振子中的铜片8固连的弹性薄膜7部分会因为内部液体压力的原因成凹陷拉伸，弹性薄膜7作为整个压电振子的一部分，弹性薄膜7可以看成振动过程中的泄压结构，这有助于减小压电振子在振动过程中的阻尼，可以提升压电振子的振动速度和振动的强度，使压电微喷装置能够广泛适应各种导电或者不导电的液体，并能够有效保护压电陶瓷片3不被液体腐蚀，同时减少对压电压电振子的刚性约束。在相同激励电压的情况下，压电振子能够有更强的振动强度。