專利名稱：基于壓電堆驅動器的壓電氣閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于壓電堆驅動器的壓電氣閥。
背景技術：
壓電陶瓷驅動器是近年來發展起來的一種新型微位移驅動器件，它具有結構緊湊，體積小，分辨率高、響應快、易于控制等優點。但無論是直動式、彎曲式，還是扭轉式壓電氣閥，都存在著難于克服的缺陷。直動式壓電氣閥有兩個問題，一是其流量小的問題由于壓電堆的伸縮長度的限制(一般不超過30um，否則壓電堆的疊加層數會很大，直接導致壓電堆容性負載的增大，進而使響應頻率大幅降低)，另外還要考慮到彈性壓電氣閥各部分彈性變形的補償問題，直動式壓電氣閥的流量一般是比較小的，難以滿足實際控制的要求。二是加工和調試的問題直動式壓電氣閥一般通過圓錐閥的密封方式，對加工精度的要求非常之高，安裝把壓電堆和閥芯調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致閥芯和閥座接觸面的損傷，其結果是直動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。扭轉式壓電氣閥也同樣存在驅動力小、輸出流量小的問題。
為了滿足工業用氣動閥大流量、大壓差、響應快的要求，壓電驅動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速度。在電氣上并聯在機械上串聯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可以增大壓電堆的輸出位移，但同時也使得其容性電容增大，進而導致壓電堆響應速度過慢。
發明內容
本發明的目的是提供一種基于壓電堆驅動器的壓電氣閥，能夠提供足夠的驅動力和輸出位移。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下包括閥體、彈性擋板、調力彈簧、調力螺釘、密封圓盤、出氣噴嘴、進氣端、出氣端、彈性支承、密封墊圈、驅動桿、壓電堆驅動器和調整螺釘；在密封的閥體內用鉸鏈與彈性擋板的一側連接，彈性擋板另一側的下端裝有調力彈簧，調力彈簧下接調力螺釘，彈性擋板另一側的上端裝有密封圓盤，密封圓盤上接開有出氣噴嘴的出氣端，閥體上裝有進氣端，裝在閥體外的彈性支承與壓電堆驅動器的一端相接觸，壓電堆驅動器的另一端與調整螺釘相接觸，彈性擋板一側的上端與伸入閥體內的驅動桿一端相接觸并用密封墊圈密封，伸出閥體外的驅動桿另一端與壓電堆驅動器的一端相接觸。
本發明結構的基于壓電堆驅動器的壓電氣閥利用壓電效應，壓電堆驅動器在外加電場的作用下發生變形，彈性擋板受到壓電堆驅動器變形力作用而與出氣噴嘴分離，出氣端與閥體內部導通；反之，當撤除外加電場后，壓電堆驅動器要恢復變形，由于壓電堆驅動器變形力消失，彈性擋板不再受到壓電堆驅動器變形力的作用。這樣，彈性擋板在調力彈簧與預緊力驅動下與出氣噴嘴接觸，出氣端與閥體內部閉合，從而實現堆自放大型壓電氣閥的開關功能。該堆自放大型壓電氣閥由彎曲式壓電氣閥演變而來，用壓電堆驅動器代替了彎曲式壓電氣閥的壓電片，用帶柔性鉸鏈結構的擋板作為壓電氣閥的位移放大機構，克服了以往壓電氣閥的缺陷。
本發明與背景技術相比具有的有益的效果是1)壓電堆作為驅動器，保證壓電氣閥具有足夠的驅動力，使得該壓電氣閥可適用于大壓差的場所；2)用帶柔性鉸鏈結構的擋板作為壓電氣閥的位移放大機構，可以把壓電氣閥的輸出位移發大到5～15倍，保證有足夠的輸出位移；3)帶柔性鉸鏈結構的擋板直接作為“噴嘴擋板壓電氣閥”的擋板，不僅簡化了壓電氣閥本身的結構，而且避免普通杠桿放大機構導致的間隙誤差和響應遲滯。
本發明可廣泛應用于大流量、響應快、驅動力大的中高壓場合的壓電氣閥。
圖1是本發明的結構原理示意圖；圖2是圖1的俯視圖。
圖中1、閥體，2、彈性擋板，3、調力彈簧，4，調力螺釘，5、密封圓盤，6、出氣噴嘴，7、進氣端，8、出氣端，9、彈性支承，10，密封墊圈，11、驅動桿，12、壓電堆驅動器、13調整螺釘。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
如圖1、圖2所示，本發明包括閥體1、彈性擋板2、調力彈簧3、調力螺釘4、密封圓盤5、出氣噴嘴6、進氣端7、出氣端8、彈性支承9、密封墊圈10、驅動桿11、壓電堆驅動器12和調整螺釘13；在密封的閥體1內用鉸鏈與彈性擋板2的一側連接，彈性擋板2另一側的下端裝有調力彈簧3，調力彈簧3下接調力螺釘4，彈性擋板2另一側的上端裝有密封圓盤5，密封圓盤5上接開有出氣噴嘴6的出氣端8，閥體1上裝有進氣端，裝在閥體1外的彈性支承9與壓電堆驅動器12的一端相接觸，壓電堆驅動器12的另一端與調整螺釘13相接觸，彈性擋板2一側的上端與伸入閥體1內的驅動桿11一端相接觸并用密封墊圈10密封，伸出閥體1外的驅動桿11另一端與壓電堆驅動器12的一端相接觸。
本發明的工作原理及各部分的功用如下由于用帶柔性鉸鏈結構的彈性擋板2作為壓電氣閥的位移放大機構，可以把壓電氣閥的輸出位移發大到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過線切割加工而成。驅動桿11與閥體1配合時需加一密封墊圈，這樣可以保證在驅動桿11發生移動時閥體1的內部也是封閉的。壓電堆驅動器12采用在電氣上并聯在機械上串聯的疊堆形式，其預緊力的大小通過調整螺釘13進行調整。彈性支承9在調整螺釘13沒有給壓電堆驅動器12預緊力時起支撐壓電堆驅動器12的作用；但當調整螺釘13給壓電堆驅動器12預緊力時后，為了使電堆驅動器12能夠與驅動桿11接觸充分，此預緊力的大小要恰當即既能夠消除彈性擋板2與驅動桿11之間的間隙，又不至于大于右端調力彈簧3給彈性擋板2施加一個向上的預緊力而使彈性擋板2與出氣噴嘴6分離。故彈性支承9此時同時起支撐壓電堆驅動器12和消除電堆驅動器12與驅動桿11之間間隙的作用。彈性擋板2在長期的試用過程有可能產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零。通過調力彈簧3給彈性擋板2施加一個向上的預緊力可以有效的消除這種情況的發生，調力螺釘4用于調整該預緊力的大小。至此，壓電堆驅動器12與彈性擋板2接觸已適中，壓電堆驅動器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。接入外加電源后，會給壓電堆驅動器12一個外加控制電場。受到壓電效應作用的緣故，壓電堆驅動器12發生變形，壓電堆驅動器12與彈性擋板2之間會產生相互作用力，兩者之間的靜態平衡被打破，其結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導通，氣體從出氣端8流出；當關閉外加電源后，壓電堆驅動器12的外加控制電場消失，壓電效應促使壓電堆驅動器12要恢復變形，變形力也將消失。這樣壓電堆驅動器12與彈性擋板2之間新的平衡又被打破，其結果就是使原先與出氣端8連通的出氣噴嘴6關閉，氣體只能從進氣端7進入而不能從出氣端8流出。這樣，通過外加電源控制壓電堆驅動器2的控制電場的通斷，就可以完全實現傳統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狀態時關閉出氣噴嘴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，但其過大的彈性補償有可能是壓電堆輸出最大位移時壓電氣閥仍然不能打開。這里選用的聚四氟乙烯，該材料具有優良的柔韌性，可壓縮性，耐腐蝕性，抗老化性，自潤滑性和良好的抗張強度。閥蓋通過螺釘與閥體1固定在一起，閥蓋與閥體1之間通過密封圈進行密封。
權利要求
1.基于壓電堆驅動器的壓電氣閥，其特征在于包括閥體(1)、彈性擋板(2)、調力彈簧(3)、調力螺釘(4)、密封圓盤(5)、出氣噴嘴(6)、進氣端(7)、出氣端(8)、彈性支承(9)、密封墊圈(10)、驅動桿(11)、壓電堆驅動器(12)和調整螺釘(13)；在密封的閥體(1)內用鉸鏈與彈性擋板(2)的一側連接，彈性擋板(2)另一側的下端裝有調力彈簧(3)，調力彈簧(3)下接調力螺釘(4)，彈性擋板(2)另一側的上端裝有密封圓盤(5)，密封圓盤(5)上接開有出氣噴嘴(6)的出氣端(8)，閥體(1)上裝有進氣端，裝在閥體(1)外的彈性支承(9)與壓電堆驅動器(12)的一端相接觸，壓電堆驅動器(12)的另一端與調整螺釘(13)相接觸，彈性擋板(2)一側的上端與伸入閥體(1)內的驅動桿(11)一端相接觸并用密封墊圈(10)密封，伸出閥體(1)外的驅動桿(11)另一端與壓電堆驅動器(12)的一端相接觸。
全文摘要
本發明公開了一種基于壓電堆驅動器的壓電氣閥。在閥體內用鉸鏈與彈性擋板的一側連接，其另一側的下端裝有調力螺釘，上端裝有密封圓盤并接出氣端，閥體上裝有進氣端，裝在閥體外的彈性支承與壓電堆驅動器的一端相接觸，其另一端與調整螺釘相接觸，彈性擋板一側的上端與伸入閥體內的驅動桿一端相接觸并用密封墊圈密封，伸出閥體外的驅動桿另一端與壓電堆驅動器的一端相接觸。采用壓電堆驅動器，用具有位移放大作用的、帶柔性鉸鏈結構的擋板直接作為“噴嘴擋板壓電氣閥”的擋板，兼具直動、彎曲式壓電氣閥的優點。保證足夠的驅動力和輸出位移，避免了普通杠桿放大機構導致的間隙誤差和響應遲滯。可應用于大流量、響應快、驅動力大的中高壓場合。
文檔編號F16K31/02GK1807941SQ20061004920
公開日2006年7月26日 申請日期2006年1月23日 優先權日2006年1月23日
發明者魏燕定, 賴小波, 高平波, 呂存養, 文耀華 申請人:浙江大學