專利名稱：基于壓電堆驅(qū)動(dòng)器的壓電氣閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于壓電堆驅(qū)動(dòng)器的壓電氣閥。
背景技術(shù)：
壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型微位移驅(qū)動(dòng)器件，它具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，分辨率高、響應(yīng)快、易于控制等優(yōu)點(diǎn)。但無(wú)論是直動(dòng)式、彎曲式，還是扭轉(zhuǎn)式壓電氣閥，都存在著難于克服的缺陷。直動(dòng)式壓電氣閥有兩個(gè)問(wèn)題，一是其流量小的問(wèn)題由于壓電堆的伸縮長(zhǎng)度的限制(一般不超過(guò)30um，否則壓電堆的疊加層數(shù)會(huì)很大，直接導(dǎo)致壓電堆容性負(fù)載的增大，進(jìn)而使響應(yīng)頻率大幅降低)，另外還要考慮到彈性壓電氣閥各部分彈性變形的補(bǔ)償問(wèn)題，直動(dòng)式壓電氣閥的流量一般是比較小的，難以滿足實(shí)際控制的要求。二是加工和調(diào)試的問(wèn)題直動(dòng)式壓電氣閥一般通過(guò)圓錐閥的密封方式，對(duì)加工精度的要求非常之高，安裝把壓電堆和閥芯調(diào)整到適合的位置也非常困難；而且這種線與面密封方式很容易導(dǎo)致閥芯和閥座接觸面的損傷，其結(jié)果是直動(dòng)式壓電氣閥的漏氣性難以保證。彎曲式壓電氣閥由于受到彎曲壓電陶瓷變形力的限制，它只適合于低壓和超低壓場(chǎng)合，并且多用于真空容器的充氣或者恒壓；另外彎曲式壓電氣閥受壓電片變形量的限制，其輸出流量一般也很小。扭轉(zhuǎn)式壓電氣閥也同樣存在驅(qū)動(dòng)力小、輸出流量小的問(wèn)題。
為了滿足工業(yè)用氣動(dòng)閥大流量、大壓差、響應(yīng)快的要求，壓電驅(qū)動(dòng)器必須有足夠的輸出力和大的輸出位移，而且具有較快的響應(yīng)速度。在電氣上并聯(lián)在機(jī)械上串聯(lián)的疊堆形式的壓電堆具有足夠大的輸出力，但存在輸出位移與容性電容之間的矛盾增大壓電堆的疊加層數(shù)可以增大壓電堆的輸出位移，但同時(shí)也使得其容性電容增大，進(jìn)而導(dǎo)致壓電堆響應(yīng)速度過(guò)慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于壓電堆驅(qū)動(dòng)器的壓電氣閥，能夠提供足夠的驅(qū)動(dòng)力和輸出位移。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下包括閥體、彈性擋板、調(diào)力彈簧、調(diào)力螺釘、密封圓盤、出氣噴嘴、進(jìn)氣端、出氣端、彈性支承、密封墊圈、驅(qū)動(dòng)桿、壓電堆驅(qū)動(dòng)器和調(diào)整螺釘；在密封的閥體內(nèi)用鉸鏈與彈性擋板的一側(cè)連接，彈性擋板另一側(cè)的下端裝有調(diào)力彈簧，調(diào)力彈簧下接調(diào)力螺釘，彈性擋板另一側(cè)的上端裝有密封圓盤，密封圓盤上接開(kāi)有出氣噴嘴的出氣端，閥體上裝有進(jìn)氣端，裝在閥體外的彈性支承與壓電堆驅(qū)動(dòng)器的一端相接觸，壓電堆驅(qū)動(dòng)器的另一端與調(diào)整螺釘相接觸，彈性擋板一側(cè)的上端與伸入閥體內(nèi)的驅(qū)動(dòng)桿一端相接觸并用密封墊圈密封，伸出閥體外的驅(qū)動(dòng)桿另一端與壓電堆驅(qū)動(dòng)器的一端相接觸。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)的基于壓電堆驅(qū)動(dòng)器的壓電氣閥利用壓電效應(yīng)，壓電堆驅(qū)動(dòng)器在外加電場(chǎng)的作用下發(fā)生變形，彈性擋板受到壓電堆驅(qū)動(dòng)器變形力作用而與出氣噴嘴分離，出氣端與閥體內(nèi)部導(dǎo)通；反之，當(dāng)撤除外加電場(chǎng)后，壓電堆驅(qū)動(dòng)器要恢復(fù)變形，由于壓電堆驅(qū)動(dòng)器變形力消失，彈性擋板不再受到壓電堆驅(qū)動(dòng)器變形力的作用。這樣，彈性擋板在調(diào)力彈簧與預(yù)緊力驅(qū)動(dòng)下與出氣噴嘴接觸，出氣端與閥體內(nèi)部閉合，從而實(shí)現(xiàn)堆自放大型壓電氣閥的開(kāi)關(guān)功能。該堆自放大型壓電氣閥由彎曲式壓電氣閥演變而來(lái)，用壓電堆驅(qū)動(dòng)器代替了彎曲式壓電氣閥的壓電片，用帶柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的擋板作為壓電氣閥的位移放大機(jī)構(gòu)，克服了以往壓電氣閥的缺陷。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益的效果是1)壓電堆作為驅(qū)動(dòng)器，保證壓電氣閥具有足夠的驅(qū)動(dòng)力，使得該壓電氣閥可適用于大壓差的場(chǎng)所；2)用帶柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的擋板作為壓電氣閥的位移放大機(jī)構(gòu)，可以把壓電氣閥的輸出位移發(fā)大到5～15倍，保證有足夠的輸出位移；3)帶柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的擋板直接作為“噴嘴擋板壓電氣閥”的擋板，不僅簡(jiǎn)化了壓電氣閥本身的結(jié)構(gòu)，而且避免普通杠桿放大機(jī)構(gòu)導(dǎo)致的間隙誤差和響應(yīng)遲滯。
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于大流量、響應(yīng)快、驅(qū)動(dòng)力大的中高壓場(chǎng)合的壓電氣閥。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2是圖1的俯視圖。
圖中1、閥體，2、彈性擋板，3、調(diào)力彈簧，4，調(diào)力螺釘，5、密封圓盤，6、出氣噴嘴，7、進(jìn)氣端，8、出氣端，9、彈性支承，10，密封墊圈，11、驅(qū)動(dòng)桿，12、壓電堆驅(qū)動(dòng)器、13調(diào)整螺釘。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括閥體1、彈性擋板2、調(diào)力彈簧3、調(diào)力螺釘4、密封圓盤5、出氣噴嘴6、進(jìn)氣端7、出氣端8、彈性支承9、密封墊圈10、驅(qū)動(dòng)桿11、壓電堆驅(qū)動(dòng)器12和調(diào)整螺釘13；在密封的閥體1內(nèi)用鉸鏈與彈性擋板2的一側(cè)連接，彈性擋板2另一側(cè)的下端裝有調(diào)力彈簧3，調(diào)力彈簧3下接調(diào)力螺釘4，彈性擋板2另一側(cè)的上端裝有密封圓盤5，密封圓盤5上接開(kāi)有出氣噴嘴6的出氣端8，閥體1上裝有進(jìn)氣端，裝在閥體1外的彈性支承9與壓電堆驅(qū)動(dòng)器12的一端相接觸，壓電堆驅(qū)動(dòng)器12的另一端與調(diào)整螺釘13相接觸，彈性擋板2一側(cè)的上端與伸入閥體1內(nèi)的驅(qū)動(dòng)桿11一端相接觸并用密封墊圈10密封，伸出閥體1外的驅(qū)動(dòng)桿11另一端與壓電堆驅(qū)動(dòng)器12的一端相接觸。
本發(fā)明的工作原理及各部分的功用如下由于用帶柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的彈性擋板2作為壓電氣閥的位移放大機(jī)構(gòu)，可以把壓電氣閥的輸出位移發(fā)大到5～15倍，這樣可以保證有足夠的輸出位移，所以彈性擋板2和閥體1為鉸鏈連接，彈性擋板2由一塊彈簧鋼板淬火后經(jīng)過(guò)線切割加工而成。驅(qū)動(dòng)桿11與閥體1配合時(shí)需加一密封墊圈，這樣可以保證在驅(qū)動(dòng)桿11發(fā)生移動(dòng)時(shí)閥體1的內(nèi)部也是封閉的。壓電堆驅(qū)動(dòng)器12采用在電氣上并聯(lián)在機(jī)械上串聯(lián)的疊堆形式，其預(yù)緊力的大小通過(guò)調(diào)整螺釘13進(jìn)行調(diào)整。彈性支承9在調(diào)整螺釘13沒(méi)有給壓電堆驅(qū)動(dòng)器12預(yù)緊力時(shí)起支撐壓電堆驅(qū)動(dòng)器12的作用；但當(dāng)調(diào)整螺釘13給壓電堆驅(qū)動(dòng)器12預(yù)緊力時(shí)后，為了使電堆驅(qū)動(dòng)器12能夠與驅(qū)動(dòng)桿11接觸充分，此預(yù)緊力的大小要恰當(dāng)即既能夠消除彈性擋板2與驅(qū)動(dòng)桿11之間的間隙，又不至于大于右端調(diào)力彈簧3給彈性擋板2施加一個(gè)向上的預(yù)緊力而使彈性擋板2與出氣噴嘴6分離。故彈性支承9此時(shí)同時(shí)起支撐壓電堆驅(qū)動(dòng)器12和消除電堆驅(qū)動(dòng)器12與驅(qū)動(dòng)桿11之間間隙的作用。彈性擋板2在長(zhǎng)期的試用過(guò)程有可能產(chǎn)生垂直方向的塑性變形，該塑性變形有可能是壓電氣閥重新調(diào)零。通過(guò)調(diào)力彈簧3給彈性擋板2施加一個(gè)向上的預(yù)緊力可以有效的消除這種情況的發(fā)生，調(diào)力螺釘4用于調(diào)整該預(yù)緊力的大小。至此，壓電堆驅(qū)動(dòng)器12與彈性擋板2接觸已適中，壓電堆驅(qū)動(dòng)器12與彈性擋板3的間隙已消除，誤差也已減小到可接受的范圍內(nèi)。接入外加電源后，會(huì)給壓電堆驅(qū)動(dòng)器12一個(gè)外加控制電場(chǎng)。受到壓電效應(yīng)作用的緣故，壓電堆驅(qū)動(dòng)器12發(fā)生變形，壓電堆驅(qū)動(dòng)器12與彈性擋板2之間會(huì)產(chǎn)生相互作用力，兩者之間的靜態(tài)平衡被打破，其結(jié)果就是使原先由密封圓盤5密封的出氣噴嘴6與出氣端8導(dǎo)通，氣體從出氣端8流出；當(dāng)關(guān)閉外加電源后，壓電堆驅(qū)動(dòng)器12的外加控制電場(chǎng)消失，壓電效應(yīng)促使壓電堆驅(qū)動(dòng)器12要恢復(fù)變形，變形力也將消失。這樣壓電堆驅(qū)動(dòng)器12與彈性擋板2之間新的平衡又被打破，其結(jié)果就是使原先與出氣端8連通的出氣噴嘴6關(guān)閉，氣體只能從進(jìn)氣端7進(jìn)入而不能從出氣端8流出。這樣，通過(guò)外加電源控制壓電堆驅(qū)動(dòng)器2的控制電場(chǎng)的通斷，就可以完全實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)二位三通電磁換向閥的功能。密封圓盤5的作用是在壓電氣閥處于關(guān)狀態(tài)時(shí)關(guān)閉出氣噴嘴6。密封圓盤5所選擇密封材料必須有適合的硬度、良好的密封性能和一定的韌性。橡膠等密封材料雖然有良好的密封性能，但其過(guò)大的彈性補(bǔ)償有可能是壓電堆輸出最大位移時(shí)壓電氣閥仍然不能打開(kāi)。這里選用的聚四氟乙烯，該材料具有優(yōu)良的柔韌性，可壓縮性，耐腐蝕性，抗老化性，自潤(rùn)滑性和良好的抗張強(qiáng)度。閥蓋通過(guò)螺釘與閥體1固定在一起，閥蓋與閥體1之間通過(guò)密封圈進(jìn)行密封。
權(quán)利要求
1.基于壓電堆驅(qū)動(dòng)器的壓電氣閥，其特征在于包括閥體(1)、彈性擋板(2)、調(diào)力彈簧(3)、調(diào)力螺釘(4)、密封圓盤(5)、出氣噴嘴(6)、進(jìn)氣端(7)、出氣端(8)、彈性支承(9)、密封墊圈(10)、驅(qū)動(dòng)桿(11)、壓電堆驅(qū)動(dòng)器(12)和調(diào)整螺釘(13)；在密封的閥體(1)內(nèi)用鉸鏈與彈性擋板(2)的一側(cè)連接，彈性擋板(2)另一側(cè)的下端裝有調(diào)力彈簧(3)，調(diào)力彈簧(3)下接調(diào)力螺釘(4)，彈性擋板(2)另一側(cè)的上端裝有密封圓盤(5)，密封圓盤(5)上接開(kāi)有出氣噴嘴(6)的出氣端(8)，閥體(1)上裝有進(jìn)氣端，裝在閥體(1)外的彈性支承(9)與壓電堆驅(qū)動(dòng)器(12)的一端相接觸，壓電堆驅(qū)動(dòng)器(12)的另一端與調(diào)整螺釘(13)相接觸，彈性擋板(2)一側(cè)的上端與伸入閥體(1)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)桿(11)一端相接觸并用密封墊圈(10)密封，伸出閥體(1)外的驅(qū)動(dòng)桿(11)另一端與壓電堆驅(qū)動(dòng)器(12)的一端相接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于壓電堆驅(qū)動(dòng)器的壓電氣閥。在閥體內(nèi)用鉸鏈與彈性擋板的一側(cè)連接，其另一側(cè)的下端裝有調(diào)力螺釘，上端裝有密封圓盤并接出氣端，閥體上裝有進(jìn)氣端，裝在閥體外的彈性支承與壓電堆驅(qū)動(dòng)器的一端相接觸，其另一端與調(diào)整螺釘相接觸，彈性擋板一側(cè)的上端與伸入閥體內(nèi)的驅(qū)動(dòng)桿一端相接觸并用密封墊圈密封，伸出閥體外的驅(qū)動(dòng)桿另一端與壓電堆驅(qū)動(dòng)器的一端相接觸。采用壓電堆驅(qū)動(dòng)器，用具有位移放大作用的、帶柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的擋板直接作為“噴嘴擋板壓電氣閥”的擋板，兼具直動(dòng)、彎曲式壓電氣閥的優(yōu)點(diǎn)。保證足夠的驅(qū)動(dòng)力和輸出位移，避免了普通杠桿放大機(jī)構(gòu)導(dǎo)致的間隙誤差和響應(yīng)遲滯?？蓱?yīng)用于大流量、響應(yīng)快、驅(qū)動(dòng)力大的中高壓場(chǎng)合。
文檔編號(hào)F16K31/02GK1807941SQ20061004920
公開(kāi)日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2006年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月23日
發(fā)明者魏燕定, 賴小波, 高平波, 呂存養(yǎng), 文耀華 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)