專利名稱：一種壓電陶瓷伺服閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液壓伺服控制技術(shù)，涉及對壓電陶瓷直接驅(qū)動伺服閥的改進。
背景技術(shù)：
目前，電液伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的越來越寬，對電液伺服閥提出了某些特殊的技術(shù)要求高頻響，高可靠性，抗油液污染、結(jié)構(gòu)簡單、使用和維護方便以及成本低廉等，而傳統(tǒng)的電液伺服閥已經(jīng)難以達到這些要求，因此研制開發(fā)新型的電液伺服閥成為流體傳動控制領(lǐng)域發(fā)展的一大難題。隨著基于新型功能材料的驅(qū)動器的研制開發(fā)，機械制造、設(shè)計技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，許多由基于新型功能材料的驅(qū)動器直接驅(qū)動的電液伺服閥便應(yīng)運而生。它們的研制大大豐富了伺服閥的應(yīng)用范圍，滿足了某些特殊領(lǐng)域的技術(shù)要求。圖1是一種壓電陶瓷直接驅(qū)動的電液伺服閥的原理圖(張永杲，電液伺服的最新成果——壓電元件驅(qū)動的超高速電液伺服閥，中國機械工程，1992年第4期，第11-12頁)。圖2是一種位移放大機構(gòu)原理圖(張赟，液壓伺服閥的壓電/電致伸縮驅(qū)動控制研究，西安交通大學碩士學位論文，第38頁)。壓電陶瓷驅(qū)動器，由于具有體積小、推力大、精度及位移分辨率高和頻響高等優(yōu)點，并且不發(fā)熱，不產(chǎn)生噪聲，已在直接驅(qū)動的伺服閥中有所應(yīng)用。但是，圖1原理結(jié)構(gòu)的缺點是由于壓電陶瓷驅(qū)動器直接驅(qū)動閥芯運動，伺服閥閥芯位移小，因此，伺服閥輸出流量??；圖2雖提出一種滑閥閥芯位移放大機構(gòu)，但沒有說對閥芯位移采用雙邊放大還是單邊放大，而且沒有提出采用位移傳感器對閥芯位移進行控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種閥芯位移大、輸出流量大、而且輸出流量可控的壓電陶瓷直接驅(qū)動電液伺服閥。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種壓電陶瓷伺服閥，包括一個由左端蓋10、閥座12和右端蓋25組成的殼體，閥座12上有貫通的閥腔，閥腔內(nèi)有滑閥閥芯13，左端蓋10封蓋閥腔的左端面，在左端蓋10與閥腔的左端面之間有密封圈11，右端蓋25封蓋閥腔的右端面，在右端蓋25與閥腔的右端面之間有密封圈15，在左端蓋10和右端蓋25上有與閥腔軸線同軸的孔，閥芯13的左、右端頭分別從左端蓋10和右端蓋25上的孔伸出，在閥座12上有與閥腔連通的閥孔23；有同軸安裝的驅(qū)動閥芯13運動的左壓電陶瓷堆4和結(jié)構(gòu)相同的右壓電陶瓷堆19；有一個測量閥芯13位移量的位移傳感器1，其特征在于，(1)有一個左驅(qū)動殼體5和一個結(jié)構(gòu)相同的右驅(qū)動殼體20，每個驅(qū)動殼體都由連接腔和安裝腔組成，左、右驅(qū)動殼體的連接腔分別與閥座12的左、右端面連接，左、右壓電陶瓷堆分別安裝在，左、右驅(qū)動殼體的安裝腔內(nèi)并保持同軸，同時，左、右驅(qū)動殼體的軸線與閥芯13的軸線平行并隔開；(2)在左驅(qū)動殼體5的連接腔內(nèi)有一個由左鉸鏈座9、左懸臂24組成的左杠桿，左鉸鏈座9固定在閥座12的左端面上，左鉸鏈座9與左懸臂24通過柔性鉸鏈連接，有一個左推桿8，它的一端位于驅(qū)動殼體左安裝腔內(nèi)，頂住左壓電陶瓷堆4的內(nèi)端面，其另一端穿過驅(qū)動殼體連接腔和安裝腔之間的隔板上的孔進入左連接腔，頂住左懸臂24的上端，左懸臂24的下端頂住閥芯13的左端頭；在右驅(qū)動殼體20的連接腔內(nèi)有一個由右鉸鏈座14、右懸臂22組成的右杠桿，右鉸鏈座14右柔性鉸鏈14固定在閥座12的右端面上，右鉸鏈座14與左懸臂22通過柔性鉸鏈連接，有一個右推桿16，它的一端位于驅(qū)動殼體右安裝腔內(nèi)，頂住右壓電陶瓷堆19的內(nèi)端面，其另一端穿過驅(qū)動殼體連接腔和安裝腔之間的隔板上的孔進入右連接腔，頂住右懸臂22的上端，右懸臂22的下端頂住閥芯13的右端頭；(3)在左或右驅(qū)動殼體上有夾持機構(gòu)3，位移傳感器1由該夾持機構(gòu)3固定并與閥芯13保持同軸，位移傳感器1的測量頭穿過左或右驅(qū)動殼體上相應(yīng)的孔進入左或右連接腔，頂住左或右懸臂的下端。
本發(fā)明的優(yōu)點是和具有同樣的壓電陶瓷驅(qū)動器而沒有進行位移放大的壓電陶瓷伺服閥相比，該閥輸出流量大。而且，由于閥芯兩邊都采用帶柔性鉸鏈的杠桿對位移進行放大，避免了采用其它位移放大機構(gòu)存在的摩擦和間隙。


圖1是現(xiàn)有的一種壓電陶瓷直接驅(qū)動的電液伺服閥的原理圖。圖1中1是位移傳感器，4是左壓電陶瓷堆，12是閥座，13是閥芯，19是右壓電陶瓷堆。
圖2是現(xiàn)有的位移放大機構(gòu)原理圖。圖2中1是柔性鉸鏈放大桿，2是壓電/電致伸縮器件，3是可調(diào)螺釘，4是基座。
圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖3中，1是位移傳感器，2是左調(diào)節(jié)螺釘，3是夾持機構(gòu)，4是左壓電陶瓷堆，5是左驅(qū)動殼體，6是左墊片，7是左鋼珠，8是左推桿，9是左鉸鏈座，10是左端蓋，11是密封圈，12是閥座，13是閥芯，14是右鉸鏈座，15是密封圈，16是右推桿，17是右鋼珠，18是右墊片，19是右壓電陶瓷堆，20是右驅(qū)動殼體，21是右調(diào)節(jié)螺釘，22是右懸臂，23是閥孔，24是左懸臂，25是右端蓋。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明做進一步詳細說明。參見圖3，本發(fā)明壓電陶瓷伺服閥，包括一個由左端蓋10、閥座12和右端蓋25組成的殼體。閥座12上有貫通的閥腔，閥腔內(nèi)有滑閥閥芯13。左端蓋10封蓋閥腔的左端面，在左端蓋10與閥腔的左端面之間有密封圈11。右端蓋25封蓋閥腔的右端面，在右端蓋25與閥腔的右端面之間有密封圈15。在左端蓋10和右端蓋25上有與閥腔軸線同軸的孔，閥芯13的左、右端頭分別從左端蓋10和右端蓋25上的孔伸出。在閥座12上有與閥腔連通的閥孔23。有兩個同軸安裝的驅(qū)動閥芯13運動的左壓電陶瓷堆4和結(jié)構(gòu)相同的右壓電陶瓷堆19。有一個測量閥芯13位移量的位移傳感器1，其特征在于1、有一個左驅(qū)動殼體5和一個結(jié)構(gòu)相同的右驅(qū)動殼體20，每個驅(qū)動殼體都由連接腔和安裝腔組成，左、右驅(qū)動殼體的連接腔分別與閥座12的左、右端面連接。在圖3的實施例中，左、右驅(qū)動殼體連接腔的內(nèi)輪廓與閥座12左、右端面的輪廓相同并且相互配合，閥座12的左、右端面插入左、右驅(qū)動殼體連接腔內(nèi)并通過螺栓與左驅(qū)動殼體5和右驅(qū)動殼體20牢固連接。左、右壓電陶瓷堆分別安裝在，左、右驅(qū)動殼體的安裝腔內(nèi)并保持同軸，同時，左、右驅(qū)動殼體的軸線與閥芯13的軸線平行并隔開一定距離。為了便于固定并調(diào)整壓電陶瓷堆，左驅(qū)動殼體5和右驅(qū)動殼體20的安裝腔的外端有內(nèi)螺紋，左調(diào)節(jié)螺釘2擰在左驅(qū)動殼體5安裝腔的外端，右調(diào)節(jié)螺釘21擰在右驅(qū)動殼體20安裝腔的外端。左右調(diào)節(jié)螺釘分別頂住左、右壓電陶瓷堆的外端面。
2、在左驅(qū)動殼體5的連接腔內(nèi)有一個由左鉸鏈座9、左懸臂24組成的左杠桿，左鉸鏈座9固定在閥座12的左端面上，左鉸鏈座9與左懸臂24通過柔性鉸鏈連接。柔性鉸鏈有多種結(jié)構(gòu)，例如圖3中采用一體加工的柔性鉸鏈，在柔韌性很好的材料上從兩側(cè)向中心切割凹槽，僅保留厚度很小的連接部分，形成柔性鉸鏈。其上面是鉸鏈座，下面是懸臂，構(gòu)成杠桿。懸臂的長度根據(jù)左、右壓電陶瓷堆的軸線和閥芯13軸線之間的距離確定。必須保證懸臂的下端能頂住閥芯13的端頭。同時，也要考慮所需要的位移放大量，懸臂越長，位移放大量越大，當然所需要的驅(qū)動力也越大。為了傳遞壓電陶瓷堆的驅(qū)動力，有一個左推桿8，它的一端位于驅(qū)動殼體左安裝腔內(nèi)，頂住左壓電陶瓷堆4的內(nèi)端面。其另一端穿過驅(qū)動殼體連接腔和安裝腔之間的隔板上的孔進入左連接腔，頂住左懸臂24的上端。左懸臂24的下端頂住閥芯13的左端頭。在右驅(qū)動殼體20的連接腔內(nèi)有一個由右鉸鏈座14、右懸臂22組成的右杠桿，右鉸鏈座14固定在閥座12的右端面上，右鉸鏈座14與右懸臂22通過柔性鉸鏈連接。有一個右推桿16，它的一端位于驅(qū)動殼體右安裝腔內(nèi)，頂住右壓電陶瓷堆19的內(nèi)端面，其另一端穿過驅(qū)動殼體連接腔和安裝腔之間的隔板上的孔進入右連接腔，頂住右懸臂22的上端。右懸臂22的下端頂住閥芯13的右端頭。
3、在左或右驅(qū)動殼體上有夾持機構(gòu)3，位移傳感器1由該夾持機構(gòu)3固定并與閥芯13保持同軸。位移傳感器1的測量頭穿過左或右驅(qū)動殼體上相應(yīng)的孔進入左或右連接腔，頂住左或右懸臂的下端。位移傳感器1測量閥芯13的位移量，以便通過反饋對閥芯13的位移進行精確閉環(huán)控制。
本發(fā)明的工作原理是伺服閥開始工作前，先對左、右壓電陶瓷堆同時加上+100V的偏置電壓。工作時，對左、右壓電陶瓷堆分別加等幅的正向電壓和反向電壓，則壓電陶瓷堆一邊伸長，同時另一邊縮短，通過推桿將位移傳遞給懸臂，懸臂繞柔性鉸鏈擺動，將左、右壓電陶瓷堆的位移量放大后直接驅(qū)動伺服閥閥芯13移動。位移傳感器1感受閥芯13的運動，通過反饋回路可精確定位閥口的開度x值，以保證伺服閥穩(wěn)定的工作狀態(tài)。為了提高左右推桿運動時的對中度和壓電陶瓷堆受力的均勻性，在所說的左壓電陶瓷堆4和左推桿8之間有左墊片6和左鋼珠7，左墊片6與左壓電陶瓷堆4的內(nèi)端面牢固粘接，左鋼珠7位于左墊片6和左推桿8端面的凹槽內(nèi)；在所說的右壓電陶瓷堆19和右推桿16之間有右墊片18和右鋼珠17，右墊片18與右壓電陶瓷堆19的內(nèi)端面牢固粘接，右鋼珠17位于右墊片18和右推桿16端面的凹槽內(nèi)。
本發(fā)明伺服閥，由于兩端都采用了柔性鉸鏈對推桿位移進行了放大，克服了采用杠桿機構(gòu)、齒輪機構(gòu)或凸輪機構(gòu)進行位移放大導致的摩擦和間隙，也克服了采用液壓機構(gòu)進行位移放大需要附加裝置的麻煩，增大了閥芯位移，因此，提高了伺服閥的額定流量。而且由于采用了位移傳感器，改善了伺服閥的控制效果。
權(quán)利要求
1.一種壓電陶瓷伺服閥，包括一個由左端蓋[10]、閥座[12]和右端蓋[25]組成的殼體，閥座[12]上有貫通的閥腔，閥腔內(nèi)有滑閥閥芯[13]，左端蓋[10]封蓋閥腔的左端面，在左端蓋[10]與閥腔的左端面之間有密封圈[11]，右端蓋[25]封蓋閥腔的右端面，在右端蓋[25]與閥腔的右端面之間有密封圈[15]，在左端蓋[10]和右端蓋[25]上有與閥腔軸線同軸的孔，閥芯[13]的左、右端頭分別從左端蓋[10]和右端蓋[25]上的孔伸出，在閥座[12]上有與閥腔連通的閥孔[23]；有同軸安裝的驅(qū)動閥芯[13]運動的左壓電陶瓷堆[4]和結(jié)構(gòu)相同的右壓電陶瓷堆[19]；有一個測量閥芯[13]位移量的位移傳感器[1]，其特征在于，(1)有一個左驅(qū)動殼體[5]和一個結(jié)構(gòu)相同的右驅(qū)動殼體[20]，每個驅(qū)動殼體都由連接腔和安裝腔組成，左、右驅(qū)動殼體的連接腔分別與閥座[12]的左、右端面連接，左、右壓電陶瓷堆分別安裝在，左、右驅(qū)動殼體的安裝腔內(nèi)并保持同軸，同時，左、右驅(qū)動殼體的軸線與閥芯[13]的軸線平行并隔開；(2)在左驅(qū)動殼體[5]的連接腔內(nèi)有一個由左鉸鏈座[9]、左懸臂[24]組成的左杠桿，左鉸鏈座[9]固定在閥座[12]的左端面上，左鉸鏈座[9]與左懸臂[24]通過柔性鉸鏈連接，有一個左推桿[8]，它的一端位于驅(qū)動殼體左安裝腔內(nèi)，頂住左壓電陶瓷堆[4]的內(nèi)端面，其另一端穿過驅(qū)動殼體連接腔和安裝腔之間的隔板上的孔進入左連接腔，頂住左懸臂[24]的上端，左懸臂[24]的下端頂住閥芯[13]的左端頭；在右驅(qū)動殼體[20]的連接腔內(nèi)有一個由右鉸鏈座[14]、右懸臂[22]組成的右杠桿，右鉸鏈座[14]固定在閥座[12]的右端面上，右鉸鏈座[14]與左懸臂[22]通過柔性鉸鏈連接，有一個左推桿[16]，它的一端位于驅(qū)動殼體右安裝腔內(nèi)，頂住右壓電陶瓷堆[19]的內(nèi)端面，其另一端穿過驅(qū)動殼體連接腔和安裝腔之間的隔板上的孔進入右連接腔，頂住右懸臂[22]的上端，右懸臂[22]的下端頂住閥芯[13]的右端頭；(3)在左或右驅(qū)動殼體上有夾持機構(gòu)[3]，位移傳感器[1]由該夾持機構(gòu)[3]固定并與閥芯[13]保持同軸，位移傳感器[1]的測量頭穿過左或右驅(qū)動殼體上相應(yīng)的孔進入左或右連接腔，頂住左或右懸臂的下端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電陶瓷伺服閥，其特征在于，在所說的左壓電陶瓷堆[4]和左推桿[8]之間有左墊片[6]和左鋼珠[7]，左墊片[6]與左壓電陶瓷堆[4]的內(nèi)端面牢固粘接，左鋼珠[7]位于左墊片[6]和左推桿[8]端面的凹槽內(nèi)；在所說的右壓電陶瓷堆[19]和右推桿[16]之間有右墊片[18]和右鋼珠[17]，右墊片[18]與右壓電陶瓷堆[19]的內(nèi)端面牢固粘接，右鋼珠[17]位于右墊片[18]和右推桿[16]端面的凹槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓電陶瓷伺服閥，其特征在于，左驅(qū)動殼體[5]和右驅(qū)動殼體[20]的安裝腔的外端有內(nèi)螺紋，左調(diào)節(jié)螺釘[2]擰在左驅(qū)動殼體[5]安裝腔的外端，右調(diào)節(jié)螺釘[21]擰在右驅(qū)動殼體[20]安裝腔的外端。
全文摘要
本發(fā)明屬于液壓伺服控制技術(shù)，涉及對壓電陶瓷直接驅(qū)動伺服閥的改進。它包括一個帶有滑閥閥芯、壓電陶瓷驅(qū)動器和位移傳感器的伺服閥，其特征在于，通過由鉸鏈座和懸臂組成的杠桿將壓電陶瓷驅(qū)動器的位移放大后驅(qū)動閥芯運動。本發(fā)明壓電陶瓷伺服閥與沒有進行位移放大的壓電陶瓷直接驅(qū)動伺服閥相比，其輸出流量大。
文檔編號F15B13/00GK1661244SQ20041000454
公開日2005年8月31日 申請日期2004年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者焦宗夏, 李樹立, 王少萍 申請人:北京航空航天大學