本實(shí)用新型涉及一種對(duì)稱螺旋線形閥壓電泵，屬于流體機(jī)械領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

泵是輸送流體或傳遞能量的機(jī)械。傳統(tǒng)意義上的泵一般是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，無(wú)論在理論上、設(shè)計(jì)方法或制造技術(shù)上，已達(dá)到十分完善的程度。但受工作原理和結(jié)構(gòu)的限制，如需要附加驅(qū)動(dòng)電機(jī)，則體積較大，受電磁干擾，不易控制微小流量，因而難以滿足當(dāng)前航空航天器、機(jī)器人、汽車、醫(yī)療器械、生物基因工程、微型機(jī)械的應(yīng)用需求。

壓電泵是一種新型流體驅(qū)動(dòng)器。它不需要附加驅(qū)動(dòng)電機(jī)，而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)使壓電振子產(chǎn)生變形，再由變形產(chǎn)生泵腔的容積變化實(shí)現(xiàn)流體輸出或者利用壓電振子產(chǎn)生波動(dòng)來(lái)傳輸液體。

壓電泵具有傳統(tǒng)泵所不具備的特點(diǎn)，能將傳統(tǒng)泵的驅(qū)動(dòng)源部分、傳動(dòng)部分及泵體三者合為一體，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、耗能低、無(wú)噪聲、無(wú)電磁干擾，可根據(jù)施加電壓或頻率控制輸出微小流量。盡管它的發(fā)明與發(fā)展僅30多年的歷史，已經(jīng)在上述領(lǐng)域里得到成功的應(yīng)用。

壓電泵的種類繁多，形式各異，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)分類不同。從閥體的有無(wú)可分為有閥壓電泵和無(wú)閥壓電泵；從閥體開閉的驅(qū)動(dòng)方式可分為主動(dòng)式有閥壓電泵和被動(dòng)式有閥壓電泵。有閥壓電泵通常指由一對(duì)相互倒置的單向閥分別安裝在泵的進(jìn)口和出口處，用于控制流體的流向。主動(dòng)式有閥壓電泵的閥體的開閉需要用外加驅(qū)動(dòng)電源和控制設(shè)備來(lái)控制閥體的開啟，增加了壓電泵的設(shè)計(jì)、安裝和控制環(huán)節(jié)。被動(dòng)式有閥壓電泵是指壓電泵中閥體的開閉是由壓電泵的工作周期中泵腔的周期性變化的壓力來(lái)打開和關(guān)閉閥體，從而實(shí)現(xiàn)泵的作用。

迄今為止，有閥壓電泵發(fā)明了很多結(jié)構(gòu)形式，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。有閥壓電泵的功能主要由控制流體流向的單向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，單向閥的結(jié)構(gòu)對(duì)壓電泵的性能有決定性的影響。傳統(tǒng)有閥壓電泵的單向閥是單臂的簡(jiǎn)單曲臂梁形，它的開啟和關(guān)閉滯后于壓電泵驅(qū)動(dòng)源很多，由于是單臂，閥在工作過(guò)程中會(huì)受到流體的側(cè)向作用力，使得閥體和閥座之間不居中而存在間隙，導(dǎo)致閥的關(guān)閉不可靠，跟從性和截止性不好，而壓電泵的動(dòng)力源壓電陶瓷的振動(dòng)幅度很低，所以壓電泵的頻率、流量和壓力就上不去。為了解決這些問(wèn)題，有人發(fā)明了軟的漏斗形的閥、山形閥、輪式平板閥等。但是這些閥仍然有局限性，比如漏斗形的閥需要空間大，加工工序復(fù)雜，成本高；山形閥的面積大；輪式平板閥閥片與閥座的固定工藝復(fù)雜，容易出現(xiàn)閥片平整度的不好，閥的截止性能降低等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服有閥壓電泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、跟從性和截止性不好、成本高等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的是提供一種對(duì)稱螺旋線形閥壓電泵，在閥座的進(jìn)口和出口處分別安裝有一對(duì)相互倒置的對(duì)稱螺旋線形單向閥，用于控制流體的流向。吸程的時(shí)候，壓電振子向上彎曲，泵腔的體積變大壓力降低，進(jìn)口處的對(duì)稱螺旋線形單向閥打開而出口處的關(guān)閉，這樣流體就流入泵腔；排程的時(shí)候，壓電振子向下彎曲，泵腔的體積變小壓力升高，進(jìn)口處的對(duì)稱螺旋線形單向閥關(guān)閉，出口處的打開，這樣流體就從出口處流出。經(jīng)過(guò)吸程和排程一個(gè)完整的周期，泵就實(shí)現(xiàn)了流體的單向傳輸。這種泵具有效率高、流量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種對(duì)稱螺旋線形閥壓電泵，包括壓電振子、泵蓋、閥座、螺釘、泵座、密封圈，所述泵座頂部設(shè)有泵蓋，泵座上端為閥座，閥座與泵座之間設(shè)有密封圈，泵座與泵蓋之間設(shè)有密封圈，泵座頂部設(shè)有壓電振子，所述壓電振子設(shè)于泵座和泵蓋之間，所述壓電振子與泵蓋、閥座及泵座之間通過(guò)螺釘固定連接，在閥座的進(jìn)口和出口處通過(guò)螺釘分別安裝有一對(duì)相互倒置的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥，所述簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥的閥體與閥座的進(jìn)口孔和出口孔相對(duì)應(yīng)，通過(guò)螺釘安裝在閥座進(jìn)口處的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥為吸入閥，通過(guò)螺釘安裝在閥座出口處的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥為排出閥。

本實(shí)用新型所述簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥由螺釘通過(guò)定位器安裝在閥座的進(jìn)出口處，所述簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥的閥體與閥座的進(jìn)出口相對(duì)應(yīng)；所述簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥的閥體的形狀與進(jìn)出口孔的形狀相匹配，其尺寸大于進(jìn)出口孔的尺寸；所述簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥的閥體和定位器之間通過(guò)兩個(gè)對(duì)稱的螺旋線形狀的曲臂相連接；所述簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥由彈性金屬或非金屬材料制成。

采用以上技術(shù)方案后，本實(shí)用新型的有益效果是：簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥屬于對(duì)稱等螺旋角截錐螺旋彈簧閥，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，其對(duì)稱曲臂的形狀是簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線，臂長(zhǎng)是傳統(tǒng)閥臂長(zhǎng)的數(shù)倍，因而其對(duì)泵腔壓力變化的反應(yīng)靈敏，開啟量大，跟隨性好，該閥可以由金屬或非金屬?gòu)椥圆牧现瞥?，且因?yàn)槠淝鄣膶?duì)稱結(jié)構(gòu)，且兩曲臂的彈性系數(shù)一致，開啟和關(guān)閉時(shí)不會(huì)發(fā)生翹曲變形，也不會(huì)因?yàn)榱黧w側(cè)向力的影響而不對(duì)中，因此關(guān)閉時(shí)具有較好的截止性能，可以有效實(shí)現(xiàn)壓電泵的開啟和關(guān)閉，而大大提高泵的輸出。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。

圖1為本實(shí)用新型對(duì)稱螺旋線形閥壓電泵的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型對(duì)稱螺旋線形閥壓電泵的俯視圖。

圖3為本實(shí)用新型對(duì)稱螺旋線形單向閥主視圖的剖視圖。

圖4為本實(shí)用新型對(duì)稱螺旋線形單向閥的俯視圖。

圖5為本實(shí)用新型流體吸程時(shí)進(jìn)口處對(duì)稱螺旋線形單向閥打開出口處關(guān)閉的狀態(tài)圖。

圖6為本實(shí)用新型流體排程時(shí)出口處對(duì)稱螺旋線形單向閥打開入口處關(guān)閉的狀態(tài)圖。

圖7為本實(shí)用新型對(duì)稱螺旋線形閥壓電泵的工作原理圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)圖1、圖2、圖3、圖4所示，本實(shí)用新型一種對(duì)稱螺旋線形閥壓電泵，包括壓電振子1、泵蓋2、閥座3、螺釘4、泵座6、密封圈7、密封圈8、螺釘9，所述泵座6頂部設(shè)有泵蓋2，泵座6上端為閥座3，閥座3與泵座6之間設(shè)有密封圈7，閥座3與泵蓋2之間設(shè)有密封圈8，閥座3頂部設(shè)有壓電振子1，所述壓電振子1設(shè)于閥座3和泵蓋2之間，所述壓電振子1與泵蓋2、閥座3及泵座6之間通過(guò)螺釘9固定連接，在閥座3的進(jìn)口和出口處通過(guò)螺釘4分別安裝有一對(duì)相互倒置的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5，所述簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5的閥體11與閥座3的進(jìn)口孔和出口孔相對(duì)應(yīng)，通過(guò)螺釘4安裝在閥座3進(jìn)口處的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5為吸入閥，通過(guò)螺釘4安裝在閥座3出口處的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5為排出閥。

本實(shí)用新型所述簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5由螺釘4通過(guò)定位器10安裝在閥座3的進(jìn)出口處，所述簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5的閥體11與閥座3進(jìn)出口孔相對(duì)應(yīng)，其尺寸大于閥座3的進(jìn)出口孔的尺寸；所述簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5的閥體11的形狀與閥座3進(jìn)出口孔的形狀相匹配，所述簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5的閥體11和閥座3的進(jìn)出口孔的形狀可以為圓形，也可以為其它幾何形狀；所述簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5的閥體11和定位器10之間通過(guò)兩個(gè)對(duì)稱的螺旋線形狀的曲臂12相連接，該曲臂的螺旋線形狀為包括但不限于阿基米德螺旋線或者對(duì)數(shù)螺旋線；所述簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5由彈性金屬或非金屬材料制成，如：鈹青銅或者彈簧鋼。

根據(jù)圖5、圖6所示，本實(shí)用新型一種對(duì)稱螺旋線形閥壓電泵，簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5用螺釘4安裝在閥座3進(jìn)口孔內(nèi)部的是吸入閥，簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5用螺釘4安裝在閥座3出口孔外部的是排出閥，當(dāng)泵腔容積變化引起腔內(nèi)流體壓力變化時(shí)，在流體的作用下簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5可以實(shí)現(xiàn)單向開啟和關(guān)閉。

根據(jù)圖7所示，本實(shí)用新型對(duì)稱螺旋線形閥壓電泵的工作原理圖，壓電泵工作時(shí)，對(duì)壓電振子1施加交流電信號(hào)，在電信號(hào)的激勵(lì)作用下，壓電振子1產(chǎn)生往復(fù)彎曲變形振動(dòng)，引起泵腔體積和壓力交替變化，對(duì)稱螺旋線形閥壓電泵的工作過(guò)程如下：

第一階段（0~1/4T），隨著電壓的不斷增大，壓電振子1由平衡位置不斷向上彎曲運(yùn)動(dòng)至極限位置，泵腔體積增至最大，腔內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓，閥座3進(jìn)口處的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5的閥體打開，流體由進(jìn)口孔流入泵腔。

第二階段（1/4T~2/4T），在這個(gè)過(guò)程中，電壓不斷降低，壓電振子1的變形量減小，泵腔體積也不斷減小，腔內(nèi)壓強(qiáng)不斷增大，閥座3進(jìn)口處的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5的閥體在壓力的作用下緊貼于閥座3進(jìn)口的上端，關(guān)閉進(jìn)口。

第三階段（2/4T~3/4T），壓電振子1隨著電壓的增大由平衡位置向下做彎曲運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)，泵腔體積不斷減小，腔內(nèi)壓力增至最大，閥座3出口處的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5的閥體打開，流體由出口孔流出泵腔。

第四階段(3/4T~T），在這一階段，壓電振子上的電壓不斷降低，壓電振子1的變形量不斷減小，泵腔體積增大，腔內(nèi)壓強(qiáng)不斷降低，閥座3出口處的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5的閥體在壓力的作用下緊貼于出口的下端，關(guān)閉進(jìn)口。

當(dāng)壓電振子1沿S4→S1→S2運(yùn)動(dòng)時(shí)，泵腔處于舒張狀態(tài)，泵腔體積增大，腔內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓，此時(shí)閥座3出口處的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5關(guān)閉，進(jìn)口處的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5打開，流體流入泵腔，為泵的吸程；當(dāng)壓電振子1沿S2→S3→S4運(yùn)動(dòng)時(shí)，泵腔體積壓縮，腔內(nèi)壓強(qiáng)增大，此時(shí)閥座3進(jìn)口處的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5關(guān)閉，出口處的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)的對(duì)稱螺旋線形單向閥5打開，流體流出泵腔，為泵的排程。如此，在一個(gè)工作周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了流體的吸入和排出。