一种基于三角形及杠杆原理的压电叠堆微泵的制作方法

本发明属于微泵技术领域，具体涉及一种基于三角形及杠杆原理的压电叠堆微泵。

背景技术：

微泵是一种极为常见的流体机械设备，同时也是微流体领域的一个重要分支，其功能是将外部输入能量转化为流体的压力或动能。微泵在化学实验分析、生物技术工程、微芯片冷却、微流体泵送等领域得到了广泛的运用。该领域对微泵的性能要求较高，主要要求其具有流量输出控制精度高、响应速度快、结构尺寸小、流体输出压力大等优点，因此如何设计出控制精度高、响应速度快、能耗低、单向截止性能好的微泵成为微泵技术领域的重要突破和发展方向。

目前国内外对微泵的研究极为活跃，微泵的种类及类型较多，主要有采用磁控形状记忆合金作为驱动源的高精度微泵及多级悬臂式高效微泵。磁控形状记忆合金不仅具有铁磁性而且能实现热弹性马氏体相变，同时其融合了形状记忆合金应变大和磁致伸缩材料响应快的优点，因此采用磁控形状记忆合金作为驱动源的微泵具有响应速度快、控制精度高、输出流量等优点，但是该泵工作时需要提供输出磁场功率较大的励磁机构，从而极大地增大了微泵的结构尺寸。另一方面，磁控形状记忆合金微泵的励磁机构输出的磁场大小很难为一恒定值，将导致微泵输出流量不稳定。多级悬臂式高效微泵虽然能输出一定精度的流体，但其存在结构复杂、工作效率低、响应速度慢等不足点。

经对现有技术文献的检索发现，在来自电子科技大学的王韬等人所撰写的《一种大流量的无阀微泵》专利中提出了设计一种收缩/扩散管的无阀微泵以提高其工作输出效率，但该无阀微泵存在单向截止性能差、控制精度低、响应速度慢等不足点。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于三角形及杠杆原理的压电叠堆微泵，利用压电叠堆在加载一定电压的情况下，能够输出控制精度高、分辨力强、压力大的位移量的特点，将压电叠堆自身输出位移量作用在三角形放大机构进行一级放大后，再通过杠杆放大机构进行二级放大，最后将二级放大输出位移作用在活塞上，活塞获得足够的行程，同时加上截止阀的作用，使微泵的泵送具有流量输出控制精度高、输出平稳、输出流量大、单向截止性能好等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及的一种基于三角形及杠杆原理的压电叠堆微泵，包括：预紧螺钉、压电叠堆定位槽、螺钉ⅰ、三角形放大机构、压电叠堆、固定板、杠杆放大机构、活塞、螺钉ⅱ、截止阀ⅰ、截止阀ⅱ、泵体、螺钉ⅲ、柔性铰链，基于三角形及杠杆原理的放大机构装配在固定板上，泵体的中轴线位置通过螺钉ⅱ定位在固定板上，使得二级放大输出位移作用在活塞的中心上。

所述压电叠堆装配在压电叠堆定位槽内，同时采用预紧螺钉对压电叠堆进行预紧，使得压电叠堆在定位槽内更加紧凑，自身输出位移效果更佳。

所述基于三角形及杠杆原理的放大机构通过螺栓ⅰ、螺栓ⅲ定位在固定板上，且放大机构在工作时，其后端面与固定板不存在相对摩擦，从而保证了驱动装置的输出精度。

所述三角形放大机构和杠杆放大机构采用柔性铰链进行链接，使其能相对转动。

所述活塞的中心位置凸出一球体，该球体的四分之三的体积装配在杠杆放大机构的凹槽内，使杠杆放大机构与活塞的球体部分能相对转动。

所述泵体的中轴线位置通过螺钉ⅱ定位在固定板上，使得二级放大输出位移作用在活塞的中心上。

所述泵体在机构设计上增加了截止阀ⅰ和截止阀ⅱ，让泵在工作时，增加了其出口和入口的截止性能。

本发明的工作原理：当两个压电叠堆同时被加载相同的电压时，两对称布置的压电叠堆自身将输出一定的位移量，输出的位移量作用在三角形放大机构进行一级放大后，再通过杠杆放大机构进行二级放大，最后将二级放大输出位移作用在活塞上，推动活塞进行移动，同时配合截止阀ⅰ、截止阀ⅱ的截止性能，使得微泵泵送的流体具有控制精度高、响应速度快、输出流量大、单向截止性能好等优点。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明充分利用了压电叠堆在加载一定电压下，能输出控制精度高、响应速度快、压力大的位移量的特点，同时结合了基于三角形及杠杆原理的放大机构，先后对压电叠堆自身输出位移进行一级放大及二级放大，二级放大输出位移作用在活塞中心，使得活塞获得了足够的行程量，改变压电叠堆加载电压的大小，从而精准的控制微泵输送流体的流量和压力，相比现有的微泵，该微泵具有控制精度高、响应速度快、能耗低、单向截止性能好等优点。

附图说明

图1为本发明的泵体结构中心轴截面图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例涉及的一种基于三角形及杠杆原理的压电叠堆微泵，如图1所示，包括预紧螺钉（1）、压电叠堆定位槽（2）、螺钉ⅰ（3）、三角形放大机构（4）、压电叠堆（5）、固定板（6）、杠杆放大机构（7）、活塞（8）、螺钉ⅱ（9）、截止阀ⅰ（10）、截止阀ⅱ（11）、泵体（12）、螺钉ⅲ（13）、柔性铰链（14），基于三角形及杠杆原理的放大机构装配在固定板（6）上，泵体（12）的中轴线位置通过螺钉ⅱ（9）定位在固定板（6）上，使得二级放大输出位移作用在活塞（8）中心上，活塞（8）获得行程量，使得泵体（12）具有泵送功能。

所述压电叠堆（5）装配在压电叠堆定位槽（2）内，同时采用预紧螺钉（1）对压电叠堆（5）进行预紧，使得压电叠堆（5）在定位槽内更加紧凑，自身输出位移效果更佳，提高微泵响应速度。

所述基于三角形及杠杆原理的放大机构通过螺栓ⅰ（3）、螺栓ⅲ（13）定位在固定板（6）上，且放大机构在工作时，其后端面与固定板（6）不存在相对摩擦，从而保证了驱动装置的输出精度。

所述三角形放大机构（4）和杠杆放大机构（7）采用柔性铰链（14）进行链接，使其能相对转动，减少驱动装置内部阻力。

所述活塞（8）的中心位置凸出一球体，该球体的四分之三的体积装配在杠杆放大机构（7）的凹槽内，使杠杆放大机构（7）与活塞（8）的球体部分能相对转动，让杠杆放大机构（7）作用在活塞（8）上的压力方向始终保持在铅锤向下。

所述泵体（12）的中轴线位置通过螺钉ⅱ（9）定位在固定板（6）上，使得二级放大输出位移能作用在活塞（8）的中心上，极大地提高了活塞（8）运动的稳定性。

所述泵体（8）在机构设计上增加了截止阀ⅰ（10）和截止阀ⅱ（11），让泵在工作时，增加了其出口和入口的截止性能，提升了微泵的控制精度。

技术特征：

技术总结
本发明为一种基于三角形及杠杆原理的压电叠堆微泵，包括：预紧螺钉、压电叠堆定位槽、螺钉Ⅰ、三角形放大机构、压电叠堆、固定板、杠杆放大机构、活塞、螺钉Ⅱ、截止阀Ⅰ、截止阀Ⅱ、泵体、螺钉Ⅲ、柔性铰链，三角形放大机构和杠杆放大机构为一体，其相对转动部分采用柔性铰链进行连接。当对称布置的压电叠堆加载相同的电压时，其自身输出位移经过三角形放大机构进行一级放大后，再通过杠杆放大机构进行二级放大，最后将二级放大输出位移作用在活塞上，使泵具有泵送功能。本发明与现有的微泵相比，其驱动装置不仅无机械摩擦、输出位移量大，而且具有流量输出控制精度高、输出平稳、输出流量大、制作成本低等特征。

技术研发人员：邹鹏君;何键;朱敏
受保护的技术使用者：江西制造职业技术学院
技术研发日：2018.09.26
技术公布日：2019.01.04