一种基于压电纤维复合材料驱动的工业润滑用共振式惯性压电泵

本发明涉及一种基于压电纤维复合材料驱动的工业润滑用共振式惯性压电泵，属于微流体机械领域。

背景技术：

随着电子元器件的寿命提高,制约机械寿命的主要原因为机械部件的摩擦失效,而摩擦失效的重要原因是姿控飞轮因润滑油供油不及时以及失效导致轴承处于贫油及半润滑状态。随着对机械寿命延长的需求,传统的被动式供油润滑已经无法满足要求因此需要提出一种可靠、可控且长效补充的主动供油方式。压电材料其响应时间短、振动位移小能够产生微量液滴喷射,因此可以结合压电材料特性设计一种压电润滑用惯性压电泵。

技术实现要素：

本发明针对上述存在的问题,本文将一个惯性结构应用在压电泵中，提出了一种基于压电纤维复合材料驱动的工业润滑用共振式惯性压电泵。

本发明采用的技术方案是：一种基于压电纤维复合材料驱动的工业润滑用共振式惯性压电泵，包括机架(1)、压电振子(2)、泵腔(3)、泵盖(4)、半球形球阀(5)、弹簧(6)、弹簧卡座(7)、进水管(3-1)、出水管(3-2)。所述机架(1)开设压电振子卡槽(1-1),所述泵腔(3)开设进水管(3-1)、出水管(3-2)、卡槽(3-3),所述泵盖(4)开设弹簧凹槽(4-1),球阀凹槽(4-2),压电振子(2)由金属基板(2-1)、压电陶瓷(2-2)组成，压电陶瓷(2-2)贴在金属基板(2-1)上,弹簧卡座(7)开设弹簧卡槽(7-1),所述压电振子(2)的两端分别固定在机架(1)的压电振子卡槽(1-1)和泵腔(3)的卡槽(3-3),弹簧(6)的两端分别与泵盖(4)的弹簧凹槽(4-1)的底面和弹簧卡座(7)的弹簧卡槽(7-1)的底面进行连接,半球形球阀(5)的端面和泵盖(4)的球阀凹槽(4-2)进行连接，弹簧卡座(7)和泵腔(3)进行螺栓连接；

作为上述技术方案的进一步改进，当压电泵系统发生共振时，压电振子(2)利用结构的非线性特性，将在两稳态点做大幅周期振动，由于该驱动原理,压电泵的输出流量正比于压电振子的输出力和位移，因此单周期内有更多的流体流入到进水管中，从而提高压电泵的输出性能；

作为上述技术方案的进一步改进，本发明采用悬臂梁结构和弹簧(6)共振系统可以使泵体做大幅周期运动，同时具有较大的驱动力和振幅，因此可以提高压电泵的润滑油输送量；

作为上述技术方案的进一步改进，泵盖(4)的外直径要略小于泵腔(3)的内直径，可以避免在振动过程中损坏；

作为上述技术方案的进一步改进，半球形球阀(5)采用柔性材质，可以避免在和进水管撞击时，出现损坏的问题；

作为上述技术方案的进一步改进，泵腔(3)内设有弹簧卡座(7),防止弹簧长时间浸泡，避免生锈。

本发明的有益效果是：

此发明通过悬臂梁和弹簧系统，使泵体产生共振效果，加大泵体振幅，提高润滑油输送量；

此发明采用外置球阀结构，优点在于可以随时查看泵的工作情况。

附图说明

图1所示为本发明的爆炸视图。

图2所示为本发明主剖视图。

图3所示为本发明泵腔的左剖视图。

图4所示为压电振子(2)的示意图。

图5所示为泵盖(4)的主剖视图。

图6是本发明的结构图。

具体实施方案

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

请参阅图1～6，本发明实施例中，具体结构包括：

一种基于压电纤维复合材料驱动的工业润滑用共振式惯性压电泵,包括：机架(1)、压电振子(2)、泵腔(3)、泵盖(4)、半球形球阀(5)、弹簧(6)、弹簧卡座(7)、进水管(3-1)、出水管(3-2)。其中压电振子(2)由压电陶瓷(2-2)与金属基板(2-1)粘贴而成，一端固定在机架(1)的卡槽(1-1)，另一端固定在泵腔(3)的卡槽(3-3)，带动结构往复上下运动；半球形球阀(5)由柔性材质制成，布置在泵盖(4)的球阀凹槽(4-2)上：弹簧(6)的两端分别与泵盖(4)的弹簧凹槽(4-1)的底面和弹簧卡座(7)的弹簧卡槽(7-1)的底面进行点焊连接：弹簧卡座(7)和泵腔(3)进行螺栓连接：进水管(3-1)和出水管(3-2)安装在泵腔(3)中；进水管(3-1)浸入在液体里；

作为上述技术方案的进一步改进，当压电泵系统发生共振时，压电振子(2)利用结构的非线性特性，将在两稳态点做大幅周期振动，由于该驱动原理,压电泵的输出流量正比于压电振子的输出力和位移，因此单周期内有更多的流体流入到进水管中，从而提高压电泵的输出性能；

作为上述技术方案的进一步改进，本发明采用悬臂梁结构和弹簧(6)共振系统可以使泵体做大幅周期运动，同时具有较大的驱动力和振幅，因此可以提高压电泵的润滑油输送量；

作为上述技术方案的进一步改进，泵腔(3)内设有弹簧卡座(7),防止弹簧长时间浸泡，避免生锈；

作为上述技术方案的进一步改进，半球形球阀(5)采用柔性材质，可以避免在和进水管撞击时，出现损坏的问题；

作为上述技术方案的进一步改进，泵盖(4)的外直径要略小于泵腔(3)的内直径，可以避免在振动过程中产生不必要的损耗。

本发明有初始状态、向上运动状态和向下运动状态三个工作过程；

初始状态:进水管(3-1)的下端浸入到介质中，介质流入到进水管(3-1)中，直到进水管(3-1)内外液面高度相同，此时进水管(3-1)内充有一定高度的液体柱，并且半圆形球阀(5)关闭；

向上运动过程中由于受到压电振子(2)驱动力以及进水管内外压强差的作用下，半圆型球阀(5)、进水管(3-1)和液体柱一起向上运动。当运动到最高点时，因为弹簧的作用下进水管(3-1)的加速度要大于半圆型球阀(5)的加速度；

向下运动过程中因弹簧的作用下进水管(3-1)的加速度要大于半圆型球阀(5)的加速度，使进水管(3-1)与半圆形球阀(5)分离，并且液体柱因惯性作用下继续向上运动与进水管(3-1)产生相对运动，最后从进水管(3-1)的上端流出，流入到泵腔(3),再通过出水管(3-2)流出。

本文中具体对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种基于压电纤维复合材料驱动的工业润滑用共振式惯性压电泵，由机架(1)、压电振子(2)、泵腔(3)、泵盖(4)、半球形球阀(5)、弹簧(6)、弹簧卡座(7)、进水管(3-1)、出水管(3-2)组成；所述机架(1)开设压电振子卡槽(1-1),所述泵腔(3)开设进水管(3-1)、出水管(3-2)、卡槽(3-3),所述泵盖(4)开设弹簧凹槽(4-1),球阀凹槽(4-2),压电振子(2)由金属基板(2-1)、压电陶瓷(2-2)组成，压电陶瓷(2-2)贴在金属基板(2-1)上,弹簧卡座(7)开设弹簧卡槽(7-1),所述压电振子(2)的两端分别固定在机架(1)的压电振子卡槽(1-1)和泵腔(3)的卡槽(3-3),弹簧(6)的两端分别与泵盖(4)的弹簧球阀凹槽(4-2)的底面和弹簧卡座(7)的弹簧卡槽(7-1)的底面进行连接,半球形球阀(5)的端面粘在泵盖(4)的凹槽(4-2)上，弹簧卡座(7)和泵腔(3)进行螺栓连接，进水管(3-1)和出水管(3-2)安装在泵腔(3)中，达到装配整个泵的目的。

2.根据权利要求书1所述的一种基于压电纤维复合材料驱动的工业润滑用共振式惯性压电泵，其特征在于:当压电泵系统发生共振时，压电振子(2)利用结构的非线性特性，将在两稳态点做大幅周期振动，由于该驱动原理,压电泵的输出流量正比于压电振子的输出力和位移，因此单周期内有更多的流体流入到进水管中，从而提高压电泵的输出性能。

3.根据权利要求书1所述的一种基于压电纤维复合材料驱动的工业润滑用共振式惯性压电泵，其特征在于:本发明采用悬臂梁结构和弹簧(6)共振系统可以使泵体做大幅周期运动，同时具有较大的驱动力和振幅，因此可以提高压电泵的润滑油输送量。

4.根据权利要求书1所述的一种基于压电纤维复合材料驱动的工业润滑用共振式惯性压电泵，其特征在于：半球形球阀(5)采用柔性材质，可以避免在和进水管(3-1)撞击时，出现损坏的问题。

5.根据权利要求书1所述的一种基于压电纤维复合材料驱动的工业润滑用共振式惯性压电泵,其特征在于：泵腔(3)内设有弹簧卡座(7),防止弹簧(6)长时间浸泡，避免生锈。

6.根据权利要求书1所述的一种基于压电纤维复合材料驱动的工业润滑用共振式惯性压电泵,其特征在于：泵盖(4)的外直径要略小于泵腔(3)的内直径，可以避免在振动过程中损坏。

技术总结
本发明涉及微流体机械领域，具体涉及一种基于压电纤维复合材料驱动的工业润滑用共振式惯性压电泵,主要应用在工业润滑油的输送上，包括：机架、压电振子、泵体等。所述的两个相同的压电振子分别固定在机架的两端，压电振子的另一端与泵体连接；所述的泵体由泵盖、半球形球阀、弹簧、弹簧卡座、进水管、出水管、泵腔组成；半球形球阀与泵盖内部进行连接，弹簧卡座通过弹簧与泵盖内部相连接，弹簧卡座和泵腔进行螺栓连接，进水管和出水管分别与泵腔连接。本发明采用弹簧结构可以使泵体做大幅周期运动，同时具有较大的驱动力和振幅，因此可以提高压电泵的输出流量，并且采用外置球阀结构，具有可组装拆卸方便等优点。

技术研发人员：何丽鹏;胡殿彬;方相浩;杜名瑞;黄永新;黄灿;王晨升
受保护的技术使用者：长春工业大学
技术研发日：2021.05.06
技术公布日：2021.08.03