一种压电阀门.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201010548997.6

申请日:

2010.11.18

公开号:

CN102072352A

公开日:

2011.05.25

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

未缴年费专利权终止IPC(主分类):F16K 31/02申请日:20101118授权公告日:20120704终止日期:20121118|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F16K 31/02申请日:20101118|||公开

IPC分类号:

F16K31/02

主分类号:

F16K31/02

申请人:

北京航空航天大学

发明人:

张德远; 吕建路; 吴吉良; 李翔

地址:

100191 北京市海淀区学院路37号

优先权:

专利代理机构:

北京永创新实专利事务所 11121

代理人:

李有浩

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内容摘要

本发明公开了一种压电阀门,其包括有前挡板、柔性支架、后挡板、阀体组件、压电驱动器、施力螺钉和滑动钢珠;前挡板与后挡板的结构相同;柔性支架安装在前挡板与后挡板之间,压电驱动器安装在柔性支架内,阀体组件安装在柔性支架的下方,施力螺钉和滑动钢珠安装在柔性支架上方,且施力螺钉一端抵紧滑动钢珠。该压电驱动器采用传统制造工艺与微制造工艺相结合的制造方式。该柔性支架为铰链结构。本发明的压电阀门能满足航天器微推进系统使用,且能同时适用于气体和液体介质,密封性好。

权利要求书

1: 一种压电阀门, 其特征在于 : 所述压电阀门包括有前挡板 (1)、 柔性支架 (2)、 后挡板 (3)、 阀体组件 (4)、 压电驱动器 (5)、 施力螺钉 (6) 和滑动钢珠 (7) ; 前挡板 (1) 与后挡板 (3) 的结构相同 ; 柔性支架 (2) 安装在前挡板 (1) 与后挡板 (3) 之间, 压电驱动器 (5) 安装在柔 性支架 (2) 内, 阀体组件 (4) 安装在柔性支架 (2) 的下方, 施力螺钉 (6) 和滑动钢珠 (7) 安 装在柔性支架 (2) 上方, 且施力螺钉 (6) 一端与滑动钢珠 (7) 接触 ; 前挡板 (1) 上设有 A 导线通孔 (1A)、 B 导线通孔 (1B) 和四个 A 通孔 (1C), 所述的 A 通 孔 (1C) 用于螺钉穿过, 且该螺钉穿过后螺纹连接在柔性支架 (2) 正面的左框梁 (23) 和右 框梁 (24) 的螺纹孔中, 所述的 A 导线通孔 (1A) 用于一导线穿过后与压电驱动器 (5) 的 A 压电陶瓷堆 (51) 上的 A 接线柱 (511) 连接, B 导线通孔 (1B) 用于另一导线穿过后与压电 驱动器 (5) 的 B 压电陶瓷堆 (52) 上的 B 接线柱 (521) 连接 ; 后挡板 (3) 上设有四个 B 通孔 (3A), 所述的 B 通孔 (3A) 用于螺钉穿过, 且该螺钉穿过 后螺纹连接在柔性支架 (2) 背面的左框梁 (23) 和右框梁 (24) 的螺纹孔中 ; 柔性支架 (2) 为一体成型加工件 ; 支架 (2) 上设有上框梁 (21)、 下框梁 (22)、 左框梁 (23)、 右框梁 (24) 和 T 形柔性件 (25) ; T 形柔性件 (25) 的左侧端面与左框梁 (23) 的内侧 板面接合处为左柔性铰链 (252), T 形柔性件 (25) 的右侧端面与右框梁 (24) 的内侧板面接 合处为右柔性铰链 (251), T 形柔性件 (25) 的下端面与下框梁 (22) 的内侧板面接合处为下 柔性铰链 (253) ; 上框梁 (21) 的上面板上设有凸台 (211), 凸台 (211) 的中心开有 C 螺纹孔 (212), 所述 的 C 螺纹孔 (212) 用于安装施力螺钉 (6) ; 上框梁 (21) 的下面板与 T 形柔性件 (25) 的上 面板之间有一间隙 (26) ; 下框梁 (22) 的下面板的下方设有螺纹连接柱 (221), 螺纹连接柱 (221) 的中心是 C 通 孔 (223), 所述的 C 通孔 (223) 用于支撑杆 (402) 穿过, 螺纹连接柱 (221) 的两侧设有 D 螺 纹孔 (222)、 F 螺纹孔 (224), 所述的螺纹连接柱 (221) 安装在阀体组件 (4) 的上阀体 (401) 的 E 螺纹孔 (401A) 中 ; 所述的 D 螺纹孔 (222) 用于放置 A 调节螺钉 (57), F 螺纹孔 (224) 用于放置 B 调节螺钉 (58) ; 左框梁 (23) 上设有 A 螺纹孔 (231) ; 右框梁 (24) 上设有 B 螺纹孔 (241) ; T 形柔性件 (25) 的上板面的中心设有一凹腔, 该凹腔内放置有滑动钢珠 (7) ; 阀体组件 (4) 包括有上阀体 (401)、 支撑杆 (402)、 密封膜片 (403)、 A 支撑环 (404)、 施 力钢珠 (405)、 定位环 (406)、 B 支撑环 (407)、 支撑膜片 (408)、 定位块 (409)、 阀芯 (410)、 阀座 (411)、 下阀体 (412) ; 上阀体 (401) 的上面板 (401C) 中心开有 E 螺纹孔 (401A), 该 E 螺纹孔 (401A) 内连接 有支架 (2) 的螺纹连接柱 (221) ; 上阀体 (401) 的下方开有螺纹沉头孔 (401B), 该螺纹沉头 孔 (401B) 用于安装下阀体 (412) ; 下阀体 (412) 的外缘上设有外螺纹 (412A), 该外螺纹 (412A) 实现了上阀体 (401) 与下 阀体 (412) 之间的螺纹连接 ; 下阀体 (412) 的上部设有沉头孔 (412B), 沉头孔 (412B) 内设 有 C 通孔 (412E) 和 D 通孔 (412F), 沉头孔 (412B) 内设有 A 挡块 (412C) 和 B 挡块 (412D) ; 阀体组件 (4) 的连接关系为 : 阀座 (411) 通过胶粘剂与下阀体 (412) 粘接, 定位块 (409) 通过胶粘剂与支撑膜片 (408) 粘接, 阀芯 (410) 再通过胶粘剂与定位块 (409) 粘接 ; 2 粘接了定位块 (409) 和阀芯 (410) 的支撑膜片 (408) 向下与粘接了阀座 (411) 的下阀体 (412) 沿轴线对齐安装 ; B 支撑环 (407) 沿轴线对齐安装于支撑膜片 (408) 上 ; 施力钢珠 (405) 置于定位环 (406) 中, 再将其沿轴线对齐安装于 B 支撑环 (407) 中 ; A 支撑环 (404) 沿轴线对齐安装于 B 支撑环 (407) 上 ; 密封膜片 (403) 沿轴线对齐安装于 A 支撑环 (404) 上; 上面已安装好的各零件最后通过螺纹与上阀体 (401) 连接 ; 最后将支撑杆 (402) 穿过 上阀体 (401) ; 压电驱动器 (5) 包括有 A 压电陶瓷堆 (51)、 B 压电陶瓷堆 (52)、 A 导向块 (53)、 B 导向 块 (54)、 A 垫片 (55)、 B 垫片 (56)、 A 调节螺钉 (57)、 B 调节螺钉 (58) ; A 压电陶瓷堆 (51) 的上端粘接有 A 导向块 (53), A 压电陶瓷堆 (51) 的下端粘接有 A 垫 片 (55), A 压电陶瓷堆 (51) 上的 A 接线柱 (511) 连接有 A 导线, 该 A 导线经前挡板 (1) 上 的 A 导线通孔 (1A) 穿过 ; B 压电陶瓷堆 (52) 的上端粘接有 B 导向块 (54), B 压电陶瓷堆 (52) 的下端粘接有 B 垫 片 (56), B 压电陶瓷堆 (52) 上的 B 接线柱 (521) 连接有 B 导线, 该 B 导线经前挡板 (1) 上 的 B 导线通孔 (1B) 穿过 ; A 调节螺钉 (57) 穿过 D 螺纹孔 (222) 后与 A 垫片 (55) 顶紧, 从而实现对 A 压电陶瓷堆 (51) 的位置的初步固定 ; B 调节螺钉 (58) 穿过 F 螺纹孔 (224) 后与 B 垫片 (56) 顶紧, 从而实现对 B 压电陶瓷堆 (52) 的位置的初步固定。
2: 根据权利要求 1 所述的压电阀门, 其特征在于 : 所述的压电阀门能同时适用于气体 和液体两种介质。
3: 根据权利要求 1 所述的压电阀门, 其特征在于 : 所述的压电阀门采用微制造工艺制 作阀体组件 (4) 中的阀芯 (410) 和阀座 (411), 采用传统制造工艺制作阀体组件 (4) 中的除 阀芯 (410) 和阀座 (411) 以外的器件 ; 采用传统制造工艺制作柔性支架 (2) 中的 T 形柔性 件 (25) 以及三处铰链。

说明书


一种压电阀门

    技术领域 本发明涉及一种阀门, 更特别地说, 是指一种采用传统制造工艺与微制造工艺相 结合制造的采用压电驱动器驱动柔性铰链的压电式阀门。
     背景技术 高精度的控制阀门是一种很重要的流体介质控制器件, 被广泛地应用在各种需要 对流量等参数作精确控制的场合。 对于某些场合, 如航天器中的推进系统, 不仅要求阀门具 有很高的控制精度, 很好的密封性, 很低的功耗, 还要求其体积和质量很小, 此外推进系统 中的高温喷气容易产生恶劣的流体介质环境, 还要求阀门能耐一定的温度 ( 温度一般可达 200℃ )。
     压电驱动器作为一种新型的智能驱动元件目前被广泛地应用在各种驱动场合。 其 控制精度极高, 驱动力很大, 功耗很低, 并且结构紧凑, 可应用于对体积和质量要求较小的 场合。 此外, 其不受外界的热、 电磁等的干扰, 自身也不产生电磁干扰, 有利于在航天器中应 用。
     从制造工艺来看, 采用压电驱动的阀门主要分为微制造工艺型和传统制造工艺型 两种。对于微制造工艺型来说, 其主要采用硅材料经过光刻、 刻蚀等制作而成, 其在体积和 质量上能做到很小, 但其耐压低、 流量小、 耐温低, 只适合于用在生物芯片等微流体领域 ; 对 于传统制造工艺型来说, 其主要采用金属材料经过传统制造工艺如切削、 钻削等制作而成, 其能满足对耐压、 流量和耐温的要求, 但其控制精度不够高, 体积和质量一般也较大。综上 所述, 单纯地采用微制造工艺或者传统制造工艺来制作阀门已不能同时满足对控制精度、 密封性、 体积和质量、 耐压、 流量和耐温的要求。
     发明内容
     本发明的目的是提供一种采用传统制造工艺与微制造工艺相结合制造的压电阀 门, 该压电阀门通过压电陶瓷堆驱动柔性支架, 在施力螺钉、 滑动钢珠的力传递过程中, 通 过阀体组件与 T 形柔性件的配合实现了阀门的开 / 闭。在本发明中压电陶瓷堆能产生对应 于电压的不同的伸长量, 从而改变 T 形柔性件的行程, 从而改变了阀芯和阀座之间的间隙, 即改变了流量, 实现对流量的精确控制。
     本发明的一种压电阀门, 其包括有前挡板 (1)、 柔性支架 (2)、 后挡板 (3)、 阀体组 件 (4)、 压电驱动器 (5)、 施力螺钉 (6) 和滑动钢珠 (7) ; 前挡板 (1) 与后挡板 (3) 的结构相 同; 柔性支架 (2) 安装在前挡板 (1) 与后挡板 (3) 之间, 压电驱动器 (5) 安装在柔性支架 (2) 内, 阀体组件 (4) 安装在柔性支架 (2) 的下方, 施力螺钉 (6) 和滑动钢珠 (7) 安装在柔 性支架 (2) 上方, 且施力螺钉 (6) 一端与滑动钢珠 (7) 接触 ;
     前挡板 (1) 上设有 A 导线通孔 (1A)、 B 导线通孔 (1B) 和四个 A 通孔 (1C), 所述的 A 通孔 (1C) 用于螺钉穿过, 且该螺钉穿过后螺纹连接在柔性支架 (2) 正面的左框梁 (23) 和 右框梁 (24) 的螺纹孔中, 所述的 A 导线通孔 (1A) 用于一导线穿过后与压电驱动器 (5) 的A 压电陶瓷堆 (51) 上的 A 接线柱 (511) 连接, B 导线通孔 (1B) 用于另一导线穿过后与压电 驱动器 (5) 的 B 压电陶瓷堆 (52) 上的 B 接线柱 (521) 连接 ;
     后挡板 (3) 上设有四个 B 通孔 (3A), 所述的 B 通孔 (3A) 用于螺钉穿过, 且该螺钉 穿过后螺纹连接在柔性支架 (2) 背面的左框梁 (23) 和右框梁 (24) 的螺纹孔中 ;
     柔性支架 (2) 为一体成型加工件 ; 支架 (2) 上设有上框梁 (21)、 下框梁 (22)、 左框 梁 (23)、 右框梁 (24) 和 T 形柔性件 (25) ; T 形柔性件 (25) 的左侧端面与左框梁 (23) 的内 侧板面接合处为左柔性铰链 (252), T 形柔性件 (25) 的右侧端面与右框梁 (24) 的内侧板面 接合处为右柔性铰链 (251), T 形柔性件 (25) 的下端面与下框梁 (22) 的内侧板面接合处为 下柔性铰链 (253) ;
     上框梁 (21) 的上面板上设有凸台 (211), 凸台 (211) 的中心开有 C 螺纹孔 (212), 所述的 C 螺纹孔 (212) 用于安装施力螺钉 (6) ; 上框梁 (21) 的下面板与 T 形柔性件 (25) 的 上面板之间有一间隙 (26) ;
     下框梁 (22) 的下面板的下方设有螺纹连接柱 (221), 螺纹连接柱 (221) 的中心是 C 通孔 (223), 所述的 C 通孔 (223) 用于支撑杆 (402) 穿过, 螺纹连接柱 (221) 的两侧设有 D 螺纹孔 (222)、 F 螺纹孔 (224), 所述的螺纹连接柱 (221) 安装在阀体组件 (4) 的上阀体 (401) 的 E 螺纹孔 (401A) 中 ; 所述的 D 螺纹孔 (222) 用于放置 A 调节螺钉 (57), F 螺纹孔 (224) 用于放置 B 调节螺钉 (58) ;
     左框梁 (23) 上设有 A 螺纹孔 (231) ;
     右框梁 (24) 上设有 B 螺纹孔 (241) ;
     T 形柔性件 (25) 的上板面的中心设有一凹腔, 该凹腔内放置有滑动钢珠 (7) ;
     阀 体 组 件 (4) 包 括 有 上 阀 体 (401)、 支 撑 杆 (402)、 密 封 膜 片 (403)、 A 支撑环 (404)、 施力钢珠 (405)、 定位环 (406)、 B 支撑环 (407)、 支撑膜片 (408)、 定位块 (409)、 阀芯 (410)、 阀座 (411)、 下阀体 (412) ;
     上阀体 (401) 的上面板 (401C) 中心开有 E 螺纹孔 (401A), 该 E 螺纹孔 (401A) 内 连接有支架 (2) 的螺纹连接柱 (221) ; 上阀体 (401) 的下方开有螺纹沉头孔 (401B), 该螺纹 沉头孔 (401B) 用于安装下阀体 (412) ;
     下阀体 (412) 的外缘上设有外螺纹 (412A), 该外螺纹 (412A) 实现了上阀体 (401) 与下阀体 (412) 之间的螺纹连接 ; 下阀体 (412) 的上部设有沉头孔 (412B), 沉头孔 (412B) 内 设 有 C 通 孔 (412E) 和 D 通 孔 (412F), 沉 头 孔 (412B) 内 设 有 A 挡 块 (412C) 和 B 挡 块 (412D) ;
     阀体组件 (4) 的连接关系为 : 阀座 (411) 通过胶粘剂与下阀体 (412) 粘接, 定位 块 (409) 通过胶粘剂与支撑膜片 (408) 粘接, 阀芯 (410) 再通过胶粘剂与定位块 (409) 粘 接; 粘接了定位块 (409) 和阀芯 (410) 的支撑膜片 (408) 向下与粘接了阀座 (411) 的下阀 体 (412) 沿轴线对齐安装 ; B 支撑环 (407) 沿轴线对齐安装于支撑膜片 (408) 上 ; 施力钢珠 (405) 置于定位环 (406) 中, 再将其沿轴线对齐安装于 B 支撑环 (407) 中 ; A 支撑环 (404) 沿轴线对齐安装于 B 支撑环 (407) 上 ; 密封膜片 (403) 沿轴线对齐安装于 A 支撑环 (404) 上; 上面已安装好的各零件最后通过螺纹与上阀体 (401) 连接 ; 最后将支撑杆 (402) 穿过 上阀体 (401) ;
     压电驱动器 (5) 包括有 A 压电陶瓷堆 (51)、 B 压电陶瓷堆 (52)、 A 导向块 (53)、 B导向块 (54)、 A 垫片 (55)、 B 垫片 (56)、 A 调节螺钉 (57)、 B 调节螺钉 (58) ;
     A 压电陶瓷堆 (51) 的上端粘接有 A 导向块 (53), A 压电陶瓷堆 (51) 的下端粘接 有 A 垫片 (55), A 压电陶瓷堆 (51) 上的 A 接线柱 (511) 连接有 A 导线, 该 A 导线经前挡板 (1) 上的 A 导线通孔 (1A) 穿过 ;
     B 压电陶瓷堆 (52) 的上端粘接有 B 导向块 (54), B 压电陶瓷堆 (52) 的下端粘接 有 B 垫片 (56), B 压电陶瓷堆 (52) 上的 B 接线柱 (521) 连接有 B 导线, 该 B 导线经前挡板 (1) 上的 B 导线通孔 (1B) 穿过 ;
     A 调节螺钉 (57) 穿过 D 螺纹孔 (222) 后与 A 垫片 (55) 顶紧, 从而实现对 A 压电陶 瓷堆 (51) 的位置的初步固定 ;
     B 调节螺钉 (58) 穿过 F 螺纹孔 (224) 后与 B 垫片 (56) 顶紧, 从而实现对 B 压电陶 瓷堆 (52) 的位置的初步固定。
     本发明压电阀门的优点在于 :
     ①采用微制造工艺制作了阀门密封关键件阀芯、 阀座, 克服了压电驱动器位移较 小的困难, 并且其密封性很好和有利于提高对流量的控制精度。
     ②采用传统制造工艺制作了柔性铰链机构, 其使刚度符合动态特性的要求, 能施 加所需要的密封预紧力, 并且结构紧凑, 减小了体积和质量。 ③采用传统制造工艺制作了具有膜片结构的封闭式密封腔, 使阀门能同时适用于 气体和液体介质, 及工作环境恶劣的介质情况。
     附图说明 图 1 是本发明压电阀门的正面结构图。
     图 1A 是本发明压电阀门的背面结构图。
     图 1B 是本发明压电阀门的分解图。
     图 1C 是本发明压电阀门的 A-A 视图。
     图 2 是本发明压电阀门中的支架的结构图。
     图 2A 是本发明压电阀门中的支架的另一视角图。
     图 3 是本发明压电阀门中阀体组件的分解图。
     图 3A 是本发明阀体组件中的上阀体的结构图。
     图 3B 是本发明阀体组件中的下阀体的结构图。
     图 4 是本发明压电阀门中压电驱动器的分解图。
     图中 : 1. 前挡板 1A.A 导线通孔 1C.A 通孔
     2. 支架 21. 上框梁 211. 凸台 22. 下框梁
     221. 螺纹连接柱 222.D 螺纹孔 223.C 通孔 23. 左框梁
     231.A 螺纹孔 24. 右框梁 241.B 螺纹孔 251. 右柔性铰链
     252. 左 柔 性 铰 链 253. 下 柔 性 铰 链 26. 间 隙
     61B.B 导线通过 212.C 螺纹孔 224.F 螺纹孔 25.T 形柔性件 3. 后 挡 板102072352 A CN 102072356说明书4/7 页3A.B 通孔
     4. 阀体组件 401. 上阀体 401A.E 螺纹孔 401B. 螺纹沉头孔 401C. 上面板
     402. 支撑杆 403. 密封膜片 404.A 支撑环 405. 施力钢珠 406. 定位环
     407.B 支 撑 环 408. 支 撑 膜 片 409. 定 位 块 410. 阀 芯 411. 阀座
     412. 下阀体 412A. 外螺纹 412B. 沉头孔 412C.A 挡块 412D.B 挡块
     412E.C 通孔 412F.D 通孔 5. 压电驱动器 51.A 压电陶瓷堆 511.A 接线柱
     52.B 压 电 陶 瓷 堆 521.B 接 线 柱 53.A 导 向 块 54.B 导 向 块 55.A 垫片
     56.B 垫片 57.A 调节螺钉 58.B 调节螺钉 6. 施力螺钉 7. 滑动滚珠 具体实施方式 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
     本发明设计的压电阀门采用微制造工艺制作阀体组件 4 中的密封关键件阀芯 410 和阀座 411, 阀体组件 4 中的其余部分采用传统制造工艺制作 ; 采用传统制造工艺制作柔性 支架 2 中的 T 形柔性件 25, 以及三处铰链。采用微制造工艺制作的密封关键件克服了压电 驱动器 5 位移较小的困难, 并能保证阀体组件 4 具备较好的密封性能和较高的控制精度, 同 时能从一定程度上减小阀体组件 4 的体积和质量 ; 采用传统制造工艺制作的柔性支架 2 柔 和阀体组件 4 其余部分, 能满足耐压、 流量和耐温的要求。
     参见图 1、 图 1A、 图 1B、 图 1C 所示, 本发明的一种能同时适用于气体和液体两种介 质的压电阀门, 其包括有前挡板 1、 柔性支架 2、 后挡板 3、 阀体组件 4、 压电驱动器 5、 施力螺 钉 6 和滑动钢珠 7 ; 前挡板 1 与后挡板 3 的结构相同 ; 柔性支架 2 安装在前挡板 1 与后挡板 3 之间, 压电驱动器 5 安装在柔性支架 2 内, 阀体组件 4 安装在柔性支架 2 的下方, 施力螺钉 6 和滑动钢珠 7 安装在柔性支架 2 上方, 且施力螺钉 6 一端与滑动钢珠 7 接触。
     一、 前挡板 1 与后挡板 3
     参见图 1、 图 1A、 图 1B、 图 1C 所示, 前挡板 1 上设有 A 导线通孔 1A、 B 导线通孔 1B 和四个 A 通孔 1C, 所述的 A 通孔 1C 用于螺钉穿过, 且该螺钉穿过后螺纹连接在柔性支架 2 正面的左框梁 23 的 A 螺纹孔 231 和右框梁 24 的 B 螺纹孔 241 中, 从而实现前挡板 1 与柔 性支架 2 正面的安装。所述的 A 导线通孔 1A 用于一导线穿过后与压电驱动器 5 的 A 压电 陶瓷堆 51 上的 A 接线柱 511 连接, B 导线通孔 1B 用于另一导线穿过后与压电驱动器 5 的 B 压电陶瓷堆 52 上的 B 接线柱 521 连接。
     后挡板 3 上设有 B 通孔 3A, 所述的 B 通孔 3A 用于螺钉穿过, 且该螺钉穿过后螺纹 连接在柔性支架 2 背面的左框梁 23 的 A 螺纹孔 231 和右框梁 24 的 B 螺纹孔 241 中, 从而 实现后挡板 3 与柔性支架 2 背面的安装。
     在本发明中, 前挡板 1 与后挡板 3 通过螺钉与螺纹孔 ( 左框梁 23 上的 A 螺纹孔 231、 右框梁 24 上的 B 螺纹孔 241) 的配合, 实现其与支架 2 的左框梁 23 与右框梁 24 的安 装, 即一螺钉穿过前挡板 1 上的 A 通孔 1C 后螺纹连接在左框梁 23 和右框梁 24 上的螺纹孔 内, 另一螺钉穿过后挡板 3 上的 B 通孔 3A 后螺纹连接在左框梁 23 和右框梁 23 上的螺纹孔 内。对于前挡板 1、 后挡板 3 与柔性支架 2 的安装也可以采用一螺钉顺次从前挡板 1 上的 A 通孔 1C 穿入, 经柔性支架 2 的框梁上的通孔 ( 不是 A 螺纹孔或 B 螺纹孔, 孔的结构不同 )、 后挡板 3 上的 B 通孔 3A 后连接一螺母来实现三者的安装。
     二、 柔性支架 2
     参见图 1B、 图 1C、 图 2、 图 2A 所示, 柔性支架 2 为一体成型加工件。柔性支架 2 上 设有上框梁 21、 下框梁 22、 左框梁 23、 右框梁 24 和 T 形柔性件 25 ; T 形柔性件 25 的左侧端 面与左框梁 23 的内侧板面接合处为左柔性铰链 252, T 形柔性件 25 的右侧端面与右框梁 24 的内侧板面接合处为右柔性铰链 251, T 形柔性件 25 的下端面与下框梁 22 的内侧板面接合 处为下柔性铰链 253 ;
     上框梁 21 的上面板上设有凸台 211, 凸台 211 的中心开有 C 螺纹孔 212, 所述的 C 螺纹孔 212 用于安装施力螺钉 6 ; 上框梁 21 的下面板与 T 形柔性件 25 的上面板之间有一 间隙 26 ; 所述的间隙 26 能够使上框梁 21 与 T 形柔性件 25 在施力螺钉 6 的作用下产生变 形时不发生干涉。 下框梁 22 的下面板的下方设有螺纹连接柱 221, 螺纹连接柱 221 的中心是 C 通孔 223, 所述的 C 通孔 223 用于支撑杆 402 穿过, 螺纹连接柱 221 的两侧设有 D 螺纹孔 222、 F 螺纹孔 224, 所述的螺纹连接柱 221 安装在阀体组件 4 的上阀体 401 的 E 螺纹孔 401A 中。 所述的 D 螺纹孔 222 用于放置 A 调节螺钉 57, F 螺纹孔 224 用于放置 B 调节螺钉 58。
     左框梁 23 上设有 A 螺纹孔 231, 左框梁 23 的上端与 T 形柔性件 25 的一左侧端为 左柔性铰链 252 连接。
     右框梁 24 上设有 B 螺纹孔 241, 右框梁 24 的上端与 T 形柔性件 25 的一右侧端为 右柔性铰链 251 连接。
     T 形柔性件 25 的上板面的中心设有一凹腔, 该凹腔内放置有滑动钢珠 7( 参见图 1C 所示 )。该滑动钢珠 7 与施力螺钉 6 的一端接触, 能够起到传递力的作用, 同时在施力螺 钉 6 进行调节时, 防止柔性支架 2 中上框梁 21 和 T 形柔性件 25 相对扭转。
     在本发明中, 柔性支架 2 采用铰链结构, 在压电驱动器输出较小位移时, 也能阀体 组件 4 达到较高的控制精度。
     三、 阀体组件 4
     参见图 1B、 图 3、 图 3A、 图 3B 所示, 阀体组件 4 包括有上阀体 401、 支撑杆 402、 密 封膜片 403、 A 支撑环 404、 施力钢珠 405、 定位环 406、 B 支撑环 407、 支撑膜片 408、 定位块 409、 阀芯 410、 阀座 411、 下阀体 412。
     参见图 3A 所示, 上阀体 401 的上面板 401C 中心开有 E 螺纹孔 401A, 该 E 螺纹孔 401A 内连接有支架 2 的螺纹连接柱 221 ; 上阀体 401 的下方开有螺纹沉头孔 401B, 该螺纹 沉头孔 401B 用于安装下阀体 412。
     参见图 3B 所示, 下阀体 412 的外缘上设有外螺纹 412A, 该外螺纹 412A 实现了上阀 体 401 与下阀体 412 之间的螺纹连接 ; 下阀体 412 的上部设有沉头孔 412B, 沉头孔 412B 内
     设有 C 通孔 412E 和 D 通孔 412F, 沉头孔 412B 内设有 A 挡块 412C 和 B 挡块 412D。
     阀体组件 4 的连接关系为 : 阀座 411 通过胶粘剂与下阀体 412 粘接, 定位块 409 通 过胶粘剂与支撑膜片 408 粘接, 阀芯 410 再通过胶粘剂与定位块 409 粘接 ; 粘接了定位块 409 和阀芯 410 的支撑膜片 408 向下与粘接了阀座 411 的下阀体 412 沿轴线对齐安装 ; B支 撑环 407 沿轴线对齐安装于支撑膜片 408 上 ; 施力钢珠 405 置于定位环 406 中, 再将其沿轴 线对齐安装于 B 支撑环 407 中 ; A 支撑环 404 沿轴线对齐安装于 B 支撑环 407 上 ; 密封膜片 403 沿轴线对齐安装于 A 支撑环 404 上 ; 上面已安装好的各零件最后通过螺纹与上阀体 401 连接 ; 最后将支撑杆 402 穿过上阀体 401。
     四、 压电驱动器 5
     参见图 4 所示, 压电驱动器 5 包括有 A 压电陶瓷堆 51、 B 压电陶瓷堆 52、 A 导向块 53、 B 导向块 54、 A 垫片 55、 B 垫片 56、 A 调节螺钉 57、 B 调节螺钉 58 ;
     A 压电陶瓷堆 51 的上端粘接有 A 导向块 53, A 压电陶瓷堆 51 的下端粘接有 A 垫 片 55, A 压电陶瓷堆 51 上的 A 接线柱 511 连接有 A 导线, 该 A 导线经前挡板 1 上的 A 导线 通孔 1A 穿过 ;
     B 压电陶瓷堆 52 的上端粘接有 B 导向块 54, B 压电陶瓷堆 52 的下端粘接有 B 垫 片 56, B 压电陶瓷堆 52 上的 B 接线柱 521 连接有 B 导线, 该 B 导线经前挡板 1 上的 B 导线 通孔 1B 穿过 ;
     在本发明中, A 导线、 B 导线的另一端连接在控制电源上, 该控制电源为 A 压电陶瓷 堆 51、 B 压电陶瓷堆 52 供电。
     A 调节螺钉 57 穿过 D 螺纹孔 222 后与 A 垫片 55 顶紧, 从而实现对 A 压电陶瓷堆 51 的位置的初步固定 ;
     B 调节螺钉 58 穿过 F 螺纹孔 224 后与 B 垫片 56 顶紧, 从而实现对 B 压电陶瓷堆 52 的位置的初步固定。
     在本发明中, 可以通过调节施加在 A 压电陶瓷堆 51、 B 压电陶瓷堆 52 上的电压, 实 现阀门流量的调节。
     本发明的压电阀门的工作原理如下 : 压电堆 (A 压电陶瓷堆 51、 B 压电陶瓷堆 52) 在断电状态下, 通过调节施力螺钉 6, 使柔性支架 2 上部的上框梁 21 产生变形, 进而使 T 形 柔性件 25、 以及柔性支架 2 上的三处柔性铰链 ( 左柔性铰链 252、 右柔性铰链 251、 下柔性铰 链 253) 变形 ; 在施力螺钉 6 调节时产生的力通过滑动钢珠 7 顺次传递给 T 形柔性件 25、 支 撑杆 402、 密封膜片 403、 施力钢珠 405、 支撑膜片 408、 定位块 409, 最后施加到阀芯 410 和阀 座 411 上, 从而实现密封 ; 当压电堆 (A 压电陶瓷堆 51、 B 压电陶瓷堆 52) 通电后, A 压电陶 瓷堆 51 和 B 压电陶瓷堆 52 伸长, 抬起 T 形柔性件 25、 上框梁 21, 从而消除施加在阀芯 410 和阀座 411 上的力, 阀芯 410 在流体压力的作用下抬起, 打开阀门。流体可以是气体、 液体。
     本发明设计的压电阀门的驱动机构采用微制造工艺制作阀门密封关键件阀芯阀 座, 其属于硬接触式密封, 能克服压电驱动器位移较小的困难, 同时其密封性很好并有利于 提高对流量的控制精度。 在此基础上, 设计了柔性铰链驱动机构, 在柔性铰链机构中取消位 移放大功能, 使刚度符合动态特性的要求, 同时设计柔性铰链机构和施加预紧力的结构在 一体的支架中, 使结构紧凑, 减小了体积和质量。 此外, 在阀体部分, 设计了具有膜片结构的 封闭式密封腔, 使阀门能同时适用于气体和液体介质, 及工作环境恶劣的介质情况。 综上所述, 此阀门同时满足了对控制精度、 密封性、 体积和质量、 耐压、 流量和耐温的要求。

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1、10申请公布号CN102072352A43申请公布日20110525CN102072352ACN102072352A21申请号201010548997622申请日20101118F16K31/0220060171申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号72发明人张德远吕建路吴吉良李翔74专利代理机构北京永创新实专利事务所11121代理人李有浩54发明名称一种压电阀门57摘要本发明公开了一种压电阀门,其包括有前挡板、柔性支架、后挡板、阀体组件、压电驱动器、施力螺钉和滑动钢珠;前挡板与后挡板的结构相同;柔性支架安装在前挡板与后挡板之间,压电驱动器安装在柔性支架内,阀体组件安装。

2、在柔性支架的下方,施力螺钉和滑动钢珠安装在柔性支架上方,且施力螺钉一端抵紧滑动钢珠。该压电驱动器采用传统制造工艺与微制造工艺相结合的制造方式。该柔性支架为铰链结构。本发明的压电阀门能满足航天器微推进系统使用,且能同时适用于气体和液体介质,密封性好。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图8页CN102072356A1/2页21一种压电阀门,其特征在于所述压电阀门包括有前挡板1、柔性支架2、后挡板3、阀体组件4、压电驱动器5、施力螺钉6和滑动钢珠7;前挡板1与后挡板3的结构相同;柔性支架2安装在前挡板1与后挡板3之间,压电驱动器5安装在柔性支架2。

3、内,阀体组件4安装在柔性支架2的下方,施力螺钉6和滑动钢珠7安装在柔性支架2上方,且施力螺钉6一端与滑动钢珠7接触;前挡板1上设有A导线通孔1A、B导线通孔1B和四个A通孔1C,所述的A通孔1C用于螺钉穿过,且该螺钉穿过后螺纹连接在柔性支架2正面的左框梁23和右框梁24的螺纹孔中,所述的A导线通孔1A用于一导线穿过后与压电驱动器5的A压电陶瓷堆51上的A接线柱511连接,B导线通孔1B用于另一导线穿过后与压电驱动器5的B压电陶瓷堆52上的B接线柱521连接;后挡板3上设有四个B通孔3A,所述的B通孔3A用于螺钉穿过,且该螺钉穿过后螺纹连接在柔性支架2背面的左框梁23和右框梁24的螺纹孔中;柔性。

4、支架2为一体成型加工件;支架2上设有上框梁21、下框梁22、左框梁23、右框梁24和T形柔性件25;T形柔性件25的左侧端面与左框梁23的内侧板面接合处为左柔性铰链252,T形柔性件25的右侧端面与右框梁24的内侧板面接合处为右柔性铰链251,T形柔性件25的下端面与下框梁22的内侧板面接合处为下柔性铰链253;上框梁21的上面板上设有凸台211,凸台211的中心开有C螺纹孔212,所述的C螺纹孔212用于安装施力螺钉6;上框梁21的下面板与T形柔性件25的上面板之间有一间隙26;下框梁22的下面板的下方设有螺纹连接柱221,螺纹连接柱221的中心是C通孔223,所述的C通孔223用于支撑杆4。

5、02穿过,螺纹连接柱221的两侧设有D螺纹孔222、F螺纹孔224,所述的螺纹连接柱221安装在阀体组件4的上阀体401的E螺纹孔401A中;所述的D螺纹孔222用于放置A调节螺钉57,F螺纹孔224用于放置B调节螺钉58;左框梁23上设有A螺纹孔231;右框梁24上设有B螺纹孔241;T形柔性件25的上板面的中心设有一凹腔,该凹腔内放置有滑动钢珠7;阀体组件4包括有上阀体401、支撑杆402、密封膜片403、A支撑环404、施力钢珠405、定位环406、B支撑环407、支撑膜片408、定位块409、阀芯410、阀座411、下阀体412;上阀体401的上面板401C中心开有E螺纹孔401A,该。

6、E螺纹孔401A内连接有支架2的螺纹连接柱221;上阀体401的下方开有螺纹沉头孔401B,该螺纹沉头孔401B用于安装下阀体412;下阀体412的外缘上设有外螺纹412A,该外螺纹412A实现了上阀体401与下阀体412之间的螺纹连接;下阀体412的上部设有沉头孔412B,沉头孔412B内设有C通孔412E和D通孔412F,沉头孔412B内设有A挡块412C和B挡块412D;阀体组件4的连接关系为阀座411通过胶粘剂与下阀体412粘接,定位块409通过胶粘剂与支撑膜片408粘接,阀芯410再通过胶粘剂与定位块409粘接;权利要求书CN102072352ACN102072356A2/2页3粘接。

7、了定位块409和阀芯410的支撑膜片408向下与粘接了阀座411的下阀体412沿轴线对齐安装;B支撑环407沿轴线对齐安装于支撑膜片408上;施力钢珠405置于定位环406中,再将其沿轴线对齐安装于B支撑环407中;A支撑环404沿轴线对齐安装于B支撑环407上;密封膜片403沿轴线对齐安装于A支撑环404上;上面已安装好的各零件最后通过螺纹与上阀体401连接;最后将支撑杆402穿过上阀体401;压电驱动器5包括有A压电陶瓷堆51、B压电陶瓷堆52、A导向块53、B导向块54、A垫片55、B垫片56、A调节螺钉57、B调节螺钉58;A压电陶瓷堆51的上端粘接有A导向块53,A压电陶瓷堆51的下。

8、端粘接有A垫片55,A压电陶瓷堆51上的A接线柱511连接有A导线,该A导线经前挡板1上的A导线通孔1A穿过;B压电陶瓷堆52的上端粘接有B导向块54,B压电陶瓷堆52的下端粘接有B垫片56,B压电陶瓷堆52上的B接线柱521连接有B导线,该B导线经前挡板1上的B导线通孔1B穿过;A调节螺钉57穿过D螺纹孔222后与A垫片55顶紧,从而实现对A压电陶瓷堆51的位置的初步固定;B调节螺钉58穿过F螺纹孔224后与B垫片56顶紧,从而实现对B压电陶瓷堆52的位置的初步固定。2根据权利要求1所述的压电阀门,其特征在于所述的压电阀门能同时适用于气体和液体两种介质。3根据权利要求1所述的压电阀门,其特征。

9、在于所述的压电阀门采用微制造工艺制作阀体组件4中的阀芯410和阀座411,采用传统制造工艺制作阀体组件4中的除阀芯410和阀座411以外的器件;采用传统制造工艺制作柔性支架2中的T形柔性件25以及三处铰链。权利要求书CN102072352ACN102072356A1/7页4一种压电阀门技术领域0001本发明涉及一种阀门,更特别地说,是指一种采用传统制造工艺与微制造工艺相结合制造的采用压电驱动器驱动柔性铰链的压电式阀门。背景技术0002高精度的控制阀门是一种很重要的流体介质控制器件,被广泛地应用在各种需要对流量等参数作精确控制的场合。对于某些场合,如航天器中的推进系统,不仅要求阀门具有很高的控制。

10、精度,很好的密封性,很低的功耗,还要求其体积和质量很小,此外推进系统中的高温喷气容易产生恶劣的流体介质环境,还要求阀门能耐一定的温度温度一般可达200。0003压电驱动器作为一种新型的智能驱动元件目前被广泛地应用在各种驱动场合。其控制精度极高,驱动力很大,功耗很低,并且结构紧凑,可应用于对体积和质量要求较小的场合。此外,其不受外界的热、电磁等的干扰,自身也不产生电磁干扰,有利于在航天器中应用。0004从制造工艺来看,采用压电驱动的阀门主要分为微制造工艺型和传统制造工艺型两种。对于微制造工艺型来说,其主要采用硅材料经过光刻、刻蚀等制作而成,其在体积和质量上能做到很小,但其耐压低、流量小、耐温低,。

11、只适合于用在生物芯片等微流体领域;对于传统制造工艺型来说,其主要采用金属材料经过传统制造工艺如切削、钻削等制作而成,其能满足对耐压、流量和耐温的要求,但其控制精度不够高,体积和质量一般也较大。综上所述,单纯地采用微制造工艺或者传统制造工艺来制作阀门已不能同时满足对控制精度、密封性、体积和质量、耐压、流量和耐温的要求。发明内容0005本发明的目的是提供一种采用传统制造工艺与微制造工艺相结合制造的压电阀门,该压电阀门通过压电陶瓷堆驱动柔性支架,在施力螺钉、滑动钢珠的力传递过程中,通过阀体组件与T形柔性件的配合实现了阀门的开/闭。在本发明中压电陶瓷堆能产生对应于电压的不同的伸长量,从而改变T形柔性件。

12、的行程,从而改变了阀芯和阀座之间的间隙,即改变了流量,实现对流量的精确控制。0006本发明的一种压电阀门,其包括有前挡板1、柔性支架2、后挡板3、阀体组件4、压电驱动器5、施力螺钉6和滑动钢珠7;前挡板1与后挡板3的结构相同;柔性支架2安装在前挡板1与后挡板3之间,压电驱动器5安装在柔性支架2内,阀体组件4安装在柔性支架2的下方,施力螺钉6和滑动钢珠7安装在柔性支架2上方,且施力螺钉6一端与滑动钢珠7接触;0007前挡板1上设有A导线通孔1A、B导线通孔1B和四个A通孔1C,所述的A通孔1C用于螺钉穿过,且该螺钉穿过后螺纹连接在柔性支架2正面的左框梁23和右框梁24的螺纹孔中,所述的A导线通孔。

13、1A用于一导线穿过后与压电驱动器5的说明书CN102072352ACN102072356A2/7页5A压电陶瓷堆51上的A接线柱511连接,B导线通孔1B用于另一导线穿过后与压电驱动器5的B压电陶瓷堆52上的B接线柱521连接;0008后挡板3上设有四个B通孔3A,所述的B通孔3A用于螺钉穿过,且该螺钉穿过后螺纹连接在柔性支架2背面的左框梁23和右框梁24的螺纹孔中;0009柔性支架2为一体成型加工件;支架2上设有上框梁21、下框梁22、左框梁23、右框梁24和T形柔性件25;T形柔性件25的左侧端面与左框梁23的内侧板面接合处为左柔性铰链252,T形柔性件25的右侧端面与右框梁24的内侧板面。

14、接合处为右柔性铰链251,T形柔性件25的下端面与下框梁22的内侧板面接合处为下柔性铰链253;0010上框梁21的上面板上设有凸台211,凸台211的中心开有C螺纹孔212,所述的C螺纹孔212用于安装施力螺钉6;上框梁21的下面板与T形柔性件25的上面板之间有一间隙26;0011下框梁22的下面板的下方设有螺纹连接柱221,螺纹连接柱221的中心是C通孔223,所述的C通孔223用于支撑杆402穿过,螺纹连接柱221的两侧设有D螺纹孔222、F螺纹孔224,所述的螺纹连接柱221安装在阀体组件4的上阀体401的E螺纹孔401A中;所述的D螺纹孔222用于放置A调节螺钉57,F螺纹孔224用。

15、于放置B调节螺钉58;0012左框梁23上设有A螺纹孔231;0013右框梁24上设有B螺纹孔241;0014T形柔性件25的上板面的中心设有一凹腔,该凹腔内放置有滑动钢珠7;0015阀体组件4包括有上阀体401、支撑杆402、密封膜片403、A支撑环404、施力钢珠405、定位环406、B支撑环407、支撑膜片408、定位块409、阀芯410、阀座411、下阀体412;0016上阀体401的上面板401C中心开有E螺纹孔401A,该E螺纹孔401A内连接有支架2的螺纹连接柱221;上阀体401的下方开有螺纹沉头孔401B,该螺纹沉头孔401B用于安装下阀体412;0017下阀体412的外缘上。

16、设有外螺纹412A,该外螺纹412A实现了上阀体401与下阀体412之间的螺纹连接;下阀体412的上部设有沉头孔412B,沉头孔412B内设有C通孔412E和D通孔412F,沉头孔412B内设有A挡块412C和B挡块412D;0018阀体组件4的连接关系为阀座411通过胶粘剂与下阀体412粘接,定位块409通过胶粘剂与支撑膜片408粘接,阀芯410再通过胶粘剂与定位块409粘接;粘接了定位块409和阀芯410的支撑膜片408向下与粘接了阀座411的下阀体412沿轴线对齐安装;B支撑环407沿轴线对齐安装于支撑膜片408上;施力钢珠405置于定位环406中,再将其沿轴线对齐安装于B支撑环407中。

17、;A支撑环404沿轴线对齐安装于B支撑环407上;密封膜片403沿轴线对齐安装于A支撑环404上;上面已安装好的各零件最后通过螺纹与上阀体401连接;最后将支撑杆402穿过上阀体401;0019压电驱动器5包括有A压电陶瓷堆51、B压电陶瓷堆52、A导向块53、B说明书CN102072352ACN102072356A3/7页6导向块54、A垫片55、B垫片56、A调节螺钉57、B调节螺钉58;0020A压电陶瓷堆51的上端粘接有A导向块53,A压电陶瓷堆51的下端粘接有A垫片55,A压电陶瓷堆51上的A接线柱511连接有A导线,该A导线经前挡板1上的A导线通孔1A穿过;0021B压电陶瓷堆52。

18、的上端粘接有B导向块54,B压电陶瓷堆52的下端粘接有B垫片56,B压电陶瓷堆52上的B接线柱521连接有B导线,该B导线经前挡板1上的B导线通孔1B穿过;0022A调节螺钉57穿过D螺纹孔222后与A垫片55顶紧,从而实现对A压电陶瓷堆51的位置的初步固定;0023B调节螺钉58穿过F螺纹孔224后与B垫片56顶紧,从而实现对B压电陶瓷堆52的位置的初步固定。0024本发明压电阀门的优点在于0025采用微制造工艺制作了阀门密封关键件阀芯、阀座,克服了压电驱动器位移较小的困难,并且其密封性很好和有利于提高对流量的控制精度。0026采用传统制造工艺制作了柔性铰链机构,其使刚度符合动态特性的要求,。

19、能施加所需要的密封预紧力,并且结构紧凑,减小了体积和质量。0027采用传统制造工艺制作了具有膜片结构的封闭式密封腔,使阀门能同时适用于气体和液体介质,及工作环境恶劣的介质情况。附图说明0028图1是本发明压电阀门的正面结构图。0029图1A是本发明压电阀门的背面结构图。0030图1B是本发明压电阀门的分解图。0031图1C是本发明压电阀门的AA视图。0032图2是本发明压电阀门中的支架的结构图。0033图2A是本发明压电阀门中的支架的另一视角图。0034图3是本发明压电阀门中阀体组件的分解图。0035图3A是本发明阀体组件中的上阀体的结构图。0036图3B是本发明阀体组件中的下阀体的结构图。0。

20、037图4是本发明压电阀门中压电驱动器的分解图。0038图中1前挡板1AA导线通孔1BB导线通过1CA通孔00392支架21上框梁211凸台212C螺纹孔22下框梁0040221螺纹连接柱222D螺纹孔223C通孔224F螺纹孔23左框梁0041231A螺纹孔24右框梁241B螺纹孔25T形柔性件251右柔性铰链0042252左柔性铰链253下柔性铰链26间隙3后挡板说明书CN102072352ACN102072356A4/7页73AB通孔00434阀体组件401上阀体401AE螺纹孔401B螺纹沉头孔401C上面板0044402支撑杆403密封膜片404A支撑环405施力钢珠406定位环00。

21、45407B支撑环408支撑膜片409定位块410阀芯411阀座0046412下阀体412A外螺纹412B沉头孔412CA挡块412DB挡块0047412EC通孔412FD通孔5压电驱动器51A压电陶瓷堆511A接线柱004852B压电陶瓷堆521B接线柱53A导向块54B导向块55A垫片004956B垫片57A调节螺钉58B调节螺钉6施力螺钉7滑动滚珠具体实施方式0050下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。0051本发明设计的压电阀门采用微制造工艺制作阀体组件4中的密封关键件阀芯410和阀座411,阀体组件4中的其余部分采用传统制造工艺制作;采用传统制造工艺制作柔性支架2中的T。

22、形柔性件25,以及三处铰链。采用微制造工艺制作的密封关键件克服了压电驱动器5位移较小的困难,并能保证阀体组件4具备较好的密封性能和较高的控制精度,同时能从一定程度上减小阀体组件4的体积和质量;采用传统制造工艺制作的柔性支架2柔和阀体组件4其余部分,能满足耐压、流量和耐温的要求。0052参见图1、图1A、图1B、图1C所示,本发明的一种能同时适用于气体和液体两种介质的压电阀门,其包括有前挡板1、柔性支架2、后挡板3、阀体组件4、压电驱动器5、施力螺钉6和滑动钢珠7;前挡板1与后挡板3的结构相同;柔性支架2安装在前挡板1与后挡板3之间,压电驱动器5安装在柔性支架2内,阀体组件4安装在柔性支架2的下。

23、方,施力螺钉6和滑动钢珠7安装在柔性支架2上方,且施力螺钉6一端与滑动钢珠7接触。0053一、前挡板1与后挡板30054参见图1、图1A、图1B、图1C所示,前挡板1上设有A导线通孔1A、B导线通孔1B和四个A通孔1C,所述的A通孔1C用于螺钉穿过,且该螺钉穿过后螺纹连接在柔性支架2正面的左框梁23的A螺纹孔231和右框梁24的B螺纹孔241中,从而实现前挡板1与柔性支架2正面的安装。所述的A导线通孔1A用于一导线穿过后与压电驱动器5的A压电陶瓷堆51上的A接线柱511连接,B导线通孔1B用于另一导线穿过后与压电驱动器5的B压电陶瓷堆52上的B接线柱521连接。0055后挡板3上设有B通孔3A。

24、,所述的B通孔3A用于螺钉穿过,且该螺钉穿过后螺纹连接在柔性支架2背面的左框梁23的A螺纹孔231和右框梁24的B螺纹孔241中,从而实现后挡板3与柔性支架2背面的安装。说明书CN102072352ACN102072356A5/7页80056在本发明中,前挡板1与后挡板3通过螺钉与螺纹孔左框梁23上的A螺纹孔231、右框梁24上的B螺纹孔241的配合,实现其与支架2的左框梁23与右框梁24的安装,即一螺钉穿过前挡板1上的A通孔1C后螺纹连接在左框梁23和右框梁24上的螺纹孔内,另一螺钉穿过后挡板3上的B通孔3A后螺纹连接在左框梁23和右框梁23上的螺纹孔内。对于前挡板1、后挡板3与柔性支架2的。

25、安装也可以采用一螺钉顺次从前挡板1上的A通孔1C穿入,经柔性支架2的框梁上的通孔不是A螺纹孔或B螺纹孔,孔的结构不同、后挡板3上的B通孔3A后连接一螺母来实现三者的安装。0057二、柔性支架20058参见图1B、图1C、图2、图2A所示,柔性支架2为一体成型加工件。柔性支架2上设有上框梁21、下框梁22、左框梁23、右框梁24和T形柔性件25;T形柔性件25的左侧端面与左框梁23的内侧板面接合处为左柔性铰链252,T形柔性件25的右侧端面与右框梁24的内侧板面接合处为右柔性铰链251,T形柔性件25的下端面与下框梁22的内侧板面接合处为下柔性铰链253;0059上框梁21的上面板上设有凸台21。

26、1,凸台211的中心开有C螺纹孔212,所述的C螺纹孔212用于安装施力螺钉6;上框梁21的下面板与T形柔性件25的上面板之间有一间隙26;所述的间隙26能够使上框梁21与T形柔性件25在施力螺钉6的作用下产生变形时不发生干涉。0060下框梁22的下面板的下方设有螺纹连接柱221,螺纹连接柱221的中心是C通孔223,所述的C通孔223用于支撑杆402穿过,螺纹连接柱221的两侧设有D螺纹孔222、F螺纹孔224,所述的螺纹连接柱221安装在阀体组件4的上阀体401的E螺纹孔401A中。所述的D螺纹孔222用于放置A调节螺钉57,F螺纹孔224用于放置B调节螺钉58。0061左框梁23上设有A。

27、螺纹孔231,左框梁23的上端与T形柔性件25的一左侧端为左柔性铰链252连接。0062右框梁24上设有B螺纹孔241,右框梁24的上端与T形柔性件25的一右侧端为右柔性铰链251连接。0063T形柔性件25的上板面的中心设有一凹腔,该凹腔内放置有滑动钢珠7参见图1C所示。该滑动钢珠7与施力螺钉6的一端接触,能够起到传递力的作用,同时在施力螺钉6进行调节时,防止柔性支架2中上框梁21和T形柔性件25相对扭转。0064在本发明中,柔性支架2采用铰链结构,在压电驱动器输出较小位移时,也能阀体组件4达到较高的控制精度。0065三、阀体组件40066参见图1B、图3、图3A、图3B所示,阀体组件4包括。

28、有上阀体401、支撑杆402、密封膜片403、A支撑环404、施力钢珠405、定位环406、B支撑环407、支撑膜片408、定位块409、阀芯410、阀座411、下阀体412。0067参见图3A所示,上阀体401的上面板401C中心开有E螺纹孔401A,该E螺纹孔401A内连接有支架2的螺纹连接柱221;上阀体401的下方开有螺纹沉头孔401B,该螺纹沉头孔401B用于安装下阀体412。0068参见图3B所示,下阀体412的外缘上设有外螺纹412A,该外螺纹412A实现了上阀体401与下阀体412之间的螺纹连接;下阀体412的上部设有沉头孔412B,沉头孔412B内说明书CN102072352。

29、ACN102072356A6/7页9设有C通孔412E和D通孔412F,沉头孔412B内设有A挡块412C和B挡块412D。0069阀体组件4的连接关系为阀座411通过胶粘剂与下阀体412粘接,定位块409通过胶粘剂与支撑膜片408粘接,阀芯410再通过胶粘剂与定位块409粘接;粘接了定位块409和阀芯410的支撑膜片408向下与粘接了阀座411的下阀体412沿轴线对齐安装;B支撑环407沿轴线对齐安装于支撑膜片408上;施力钢珠405置于定位环406中,再将其沿轴线对齐安装于B支撑环407中;A支撑环404沿轴线对齐安装于B支撑环407上;密封膜片403沿轴线对齐安装于A支撑环404上;上面。

30、已安装好的各零件最后通过螺纹与上阀体401连接;最后将支撑杆402穿过上阀体401。0070四、压电驱动器50071参见图4所示,压电驱动器5包括有A压电陶瓷堆51、B压电陶瓷堆52、A导向块53、B导向块54、A垫片55、B垫片56、A调节螺钉57、B调节螺钉58;0072A压电陶瓷堆51的上端粘接有A导向块53,A压电陶瓷堆51的下端粘接有A垫片55,A压电陶瓷堆51上的A接线柱511连接有A导线,该A导线经前挡板1上的A导线通孔1A穿过;0073B压电陶瓷堆52的上端粘接有B导向块54,B压电陶瓷堆52的下端粘接有B垫片56,B压电陶瓷堆52上的B接线柱521连接有B导线,该B导线经前挡。

31、板1上的B导线通孔1B穿过;0074在本发明中,A导线、B导线的另一端连接在控制电源上,该控制电源为A压电陶瓷堆51、B压电陶瓷堆52供电。0075A调节螺钉57穿过D螺纹孔222后与A垫片55顶紧,从而实现对A压电陶瓷堆51的位置的初步固定;0076B调节螺钉58穿过F螺纹孔224后与B垫片56顶紧,从而实现对B压电陶瓷堆52的位置的初步固定。0077在本发明中,可以通过调节施加在A压电陶瓷堆51、B压电陶瓷堆52上的电压,实现阀门流量的调节。0078本发明的压电阀门的工作原理如下压电堆A压电陶瓷堆51、B压电陶瓷堆52在断电状态下,通过调节施力螺钉6,使柔性支架2上部的上框梁21产生变形,。

32、进而使T形柔性件25、以及柔性支架2上的三处柔性铰链左柔性铰链252、右柔性铰链251、下柔性铰链253变形;在施力螺钉6调节时产生的力通过滑动钢珠7顺次传递给T形柔性件25、支撑杆402、密封膜片403、施力钢珠405、支撑膜片408、定位块409,最后施加到阀芯410和阀座411上,从而实现密封;当压电堆A压电陶瓷堆51、B压电陶瓷堆52通电后,A压电陶瓷堆51和B压电陶瓷堆52伸长,抬起T形柔性件25、上框梁21,从而消除施加在阀芯410和阀座411上的力,阀芯410在流体压力的作用下抬起,打开阀门。流体可以是气体、液体。0079本发明设计的压电阀门的驱动机构采用微制造工艺制作阀门密封关。

33、键件阀芯阀座,其属于硬接触式密封,能克服压电驱动器位移较小的困难,同时其密封性很好并有利于提高对流量的控制精度。在此基础上,设计了柔性铰链驱动机构,在柔性铰链机构中取消位移放大功能,使刚度符合动态特性的要求,同时设计柔性铰链机构和施加预紧力的结构在一体的支架中,使结构紧凑,减小了体积和质量。此外,在阀体部分,设计了具有膜片结构的封闭式密封腔,使阀门能同时适用于气体和液体介质,及工作环境恶劣的介质情况。综上所说明书CN102072352ACN102072356A7/7页10述,此阀门同时满足了对控制精度、密封性、体积和质量、耐压、流量和耐温的要求。说明书CN102072352ACN102072356A1/8页11图1说明书附图CN102072352ACN102072356A2/8页12图1A说明书附图CN102072352ACN102072356A3/8页13图1B说明书附图CN102072352ACN102072356A4/8页14图1C图2说明书附图CN102072352ACN102072356A5/8页15图2A说明书附图CN102072352ACN102072356A6/8页16图3说明书附图CN102072352ACN102072356A7/8页17图3A图3B说明书附图CN102072352ACN102072356A8/8页18图4说明书附图CN102072352A。

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