一种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀制造技术

本实用新型专利技术公开了一种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀，包括上阀体和下阀体，上阀体与下阀体之间设有薄膜，上阀体与薄膜之间形成圆柱形的平衡油腔，薄膜与下阀体之间形成一个环形的节流油腔，平衡油腔与节流油腔连通，上阀体与平衡油腔之间竖直贯通有顶杆，顶杆的一端与薄膜间隔设定距离或接触，另一端设有用于推动顶杆移动的压电陶瓷；本实用新型专利技术的有益效果是：过精确控制节流间隙，实现压力和流量的精确主动控制，通过将薄膜的中心设为中央岛型，中央岛型呈刚性，四周变形区呈柔性，提高了薄膜的动态频率，同时提高了节流间隙的控制精度，整个装置结构简单、功能可靠、制造成本低。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及伺服阀，具体涉及一种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀。
技术介绍
目前，液压伺服控制系统的应用领域越来越宽，这对电液伺服阀的性能提出了极高的要求:高频响，高精度，简单可靠等。传统的电磁式伺服阀已经不能满足高频响的控制要求，因此研发一种新型的、高频响主动控制伺服阀成为液压伺服控制领域的难题。在众多新型微位移、高频响的驱动器研制开发过程中，压电陶瓷材料因为具有体积小、能量密度高、分辨率高、频响快等优点，已经成为精密定位系统中首选的驱动元件。同时，由于压电陶瓷输出位移小，承载力有限，抗剪切能力差等缺点限制了其在快速、高精密定位系统中的应用。可控的伺服阀主要有滑阀和薄膜式伺服阀。滑阀结构较为复杂，所需驱动位移较大。已有基于压电陶瓷控制的伺服滑阀设计案例。而薄膜式伺服阀结构相对简单，可设计上下两油腔，实现差动控制或反馈控制。将其中一个油腔用作节流油腔，另一个油腔用作压力平衡油腔，通入节流后的液压油，可大大减小薄膜两侧所受的压力差。现有的薄膜式节流阀主要有两种。一种为双油腔差动双输出形式，可用于静压轴承的对置油腔，提高主轴稳定性和承载能力；另一种为带反馈油腔的单输出形式，可提高出口压力和流量的稳定性。以上两种类型的薄膜式节流阀均不能实现主动伺服控制，无法主动控制节流阀出口的压力和流量。现有的压电陶瓷驱动伺服阀多数使用了碟簧等弹性材料保证阀片(阀杆)的双向运动，从而加大了压电陶瓷的受力，因此需要选用大体积的压电材料，材料成本较高。经检索，尚无基于压电陶瓷直接驱动的、带有压力平衡油腔的薄膜式伺服阀设计案例。
技术实现思路
本技术的目的是为了提供一种高频响、输出流量可控的压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀。为了达成上述目的，本技术采用如下技术方案:—种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀，包括上阀体和下阀体，上阀体与下阀体之间设有薄膜，上阀体与薄膜之间形成圆柱形的平衡油腔，薄膜与下阀体之间形成一个环形的节流油腔，薄膜与下阀体之间的间隙为节流间隙，平衡油腔与节流油腔连通，上阀体与平衡油腔之间竖直贯通有顶杆，顶杆的一端与薄膜间隔设定距离或接触，另一端设有用于推动顶杆移动的压电陶瓷;压电陶瓷与压电陶瓷驱动器连接，通过压电陶瓷主动控制顶杆位移，进而控制薄膜动作，薄膜产生弹性变形来减小节流间隙，使得出口流量减小;顶杆上移，增大节流间隙，出口流量增加，通过精确控制压电陶瓷就可以实现精确流量控制的目的，结构简单，但效果较好。进一步地，薄膜与上阀体、薄膜与下阀体之间均设有调整垫片，改变调整垫片的高度即可调整初始节流间隙。进一步地，顶杆设在上阀体的轴心孔内，由密封圈进行密封，可上下运动。进一步地，在所述上阀体上设有包覆住所述压电陶瓷的压电陶瓷基座，压电陶瓷基座的底部与上阀体通过螺钉固定。进一步地，所述压电陶瓷基座上设有用于压住所述压电陶瓷的锁紧装置。进一步地，所述压电陶瓷与所述顶杆之间设有金属球。进一步地，所述压电陶瓷的两端均设有垫片，金属球设在垫片与顶杆端面的凹槽中。进一步地，所述锁紧装置为螺钉，所述压电陶瓷与螺钉之间设有顶尖或金属球，锥形定位顶尖设在垫片端部的中心处。进一步地，所述平衡油腔与所述节流油腔之间设有以阀中心线而对称设置的多个通孔。进一步地，在所述下阀体内设有入油管路，入油管路的末端连通所述节流油腔底部的中心。进一步地，所述薄膜的中部呈中央岛形，呈刚性，只产生位移；中央岛型的四周环形区极薄，呈柔性，在顶杆的推动下可产生弹性变形。进一步地，在所述下阀体内设有与所述节流油腔相通的出油管路;入油管路与出油管路均呈L型。本技术的工作原理是:通过控制压电陶瓷的驱动电压变化控制压电陶瓷伸长或缩短。当增加驱动电压时，压电陶瓷伸长，推动顶杆下压薄膜，薄膜产生弹性变形，使得伺服阀出口流量减小；当减小驱动电压时，压电陶瓷缩短，薄膜由于自身的弹性变形和压力差形成向上的合力推动顶杆向上运动，增大节流间隙，使得伺服阀出口流量增加。本技术的有益效果是:I)通过使用压电陶瓷驱动器，提高了伺服阀的响应频率，可用于高频精确控制。2)通过精确控制节流间隙，实现压力和流量的精确主动控制。3)通过将薄膜的中心设为中央岛型，中央岛型呈刚性，四周变形区呈柔性，提高了薄膜的动态频率，同时提高了节流间隙的控制精度。4)通过设置平衡油腔，大大减小薄膜两侧所受的压力差。压电陶瓷受力小于同等条件下无平衡油腔时其受力的四分之一。因此，可选用更小体积的压电材料，降低伺服阀的材料成本百分之五十以上。5)将本技术用于控制静压轴承的各个油腔，可实现静压主轴运动轨迹的主动控制。6)整个装置结构简单、功能可靠、制造成本低。【附图说明】图1是本技术压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀的结构图；其中:1、下阀体，2、薄膜，3、调整垫片，4、上阀体，5、密封圈，6、顶杆，7、金属球，8、压电陶瓷垫片I，9、压电陶瓷，10、压电陶瓷垫片Π，11、锁紧螺钉，12、压电陶瓷基座，13、供油入口，14、液压油出口，15、节流油腔，16、节流间隙，17、油腔连通孔，18、平衡油腔。【具体实施方式】下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。实施例1—种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀，如图1所示，包括一个由下阀体1、上阀体4和压电陶瓷基座12组成的壳体，下阀体I的中心孔13是液压油入口，下阀体I的环形的节流油腔15连接着液压油出口 14。上阀体4内部有圆形的压力平衡油腔18。上阀体4和下阀体I之间是弹性金属薄膜2和两侧的调整垫片3。薄膜2设计为中间节流部分厚，四周弹性变形的环形区域薄的岛型柔性铰链结构，在柔性铰链区域均匀分布4个连通节流油腔15和压力平衡油腔18的连通孔17。薄膜2的中心岛和下阀体I中央的环形凸台形成间隙可控的节流间隙16。压电陶瓷基座12内部安装有可驱动的压电陶瓷9。压电陶瓷两端粘结垫片10和垫片8，垫片10中心由锁紧螺钉11固定，垫片8通过金属球7与顶杆6对接。顶杆6安装在上阀体4的轴心孔内，由密封圈5密封，可上下运动。顶杆6下端抵在薄膜2中心。所述的压力平衡油腔18通入节流后的液压油，抵消了薄膜2下侧所受的大部分压力差，使得薄膜弹性变形力和压力差形成的合力在压电陶瓷的直接承受范围内，有效防止压电陶瓷因过载而损坏。所述的垫片10中心有锥形定位顶尖，垫片8中心有安装金属球7的锥形孔，以保证压电陶瓷9只承受均匀分布的轴向力，有效防止压电陶瓷9因受剪切力而损坏。所述的薄膜式伺服阀工作原理为通过控制压电陶瓷的驱动电压控制压电陶瓷伸长位移。当增加驱动电压时，压电陶瓷9伸长，推动顶杆6下压薄膜2，薄膜2产生弹性变形，减小节流间隙16，使伺服阀出口流量减小；当减小驱动电压时，压电陶瓷9缩短，薄膜2由于自身的弹性变形力和压力差形成向上的合力推动顶杆6向上运动，增大节流间隙16，使伺服阀出口流量增加。因此，通过精确控制压电陶瓷的驱动电压可控制伺服阀的节流间隙按照给定要求变化，以实现精确流量控制的目的。以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。【主权项】1.一种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀，其特征在于，包括上阀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电陶瓷驱动薄膜式伺服阀，其特征在于，包括上阀体和下阀体，上阀体与下阀体之间设有薄膜，上阀体与薄膜之间形成圆柱形的平衡油腔，薄膜与下阀体之间形成一个环形的节流油腔，平衡油腔与节流油腔连通，上阀体与平衡油腔之间竖直贯通有顶杆，顶杆的一端与薄膜间隔设定距离或接触，另一端设有用于推动顶杆移动的压电陶瓷。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李华超，路长厚，潘伟，刘自超，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东;37