CN103982390A - 一种伺服电机直驱的端面凸轮式单缸微流量柱塞泵 - Google Patents

Abstract

一种伺服电机直驱的端面凸轮式单缸微流量柱塞泵，泵端盖安装在泵主体的左侧，阶梯式柱塞前端通过密封阀与柱塞孔紧密配合，伺服电机通过传动轴与驱动端面凸轮轴的后端连接，阶梯式柱塞后端的尾端是与驱动端面凸轮轴的前端相对应的端面凸轮结构，在阶梯式柱塞后端和泵主体之间的阶梯式柱塞前端外部设有弹簧，阶梯式柱塞后端与驱动端面凸轮轴的前端通过球形滚珠紧密连接，阶梯式柱塞后端与泵主体连接，在驱动端面凸轮轴上开有与端面凸轮结构对应的连通槽，吸排液的过程与驱动端面凸轮轴转动过程中和阶梯式柱塞的接触位置有对应关系，吸液时将外部吸液管路与泵腔连通，而排液管路与泵腔隔离，反之亦然，具有流速范围可控、流速精度高的优点。

Description

一种伺服电机直驱的端面凸轮式单缸微流量柱塞泵

技术领域

本发明涉及医疗器械中溶液化学成分分析领域的关键零部件，具体涉及一种伺服电机直驱的端面凸轮式单缸微流量柱塞泵。

背景技术

近些年，色谱仪技术有了很大的发展，可以应用于环境分析，食品饮料分析，以及联用分析等。作为一种快速准确而有效果分析方法，色谱仪的应用越来越广泛。其中，液相色谱仪是利用混合物在液-固或互不溶的两种液体之间分配比的差异，对混合物进行先分离，而后分析鉴定的仪器，它的操作对象主要为混合溶液。输液泵作为输送混合液的主要结构，在其中发挥重要的作用。色谱仪检测时，通常只需要很少量的溶液即可，根据系统所需的供给溶液体积的要求，我们需要一种流速范围可控，流速精度高的微流量输液泵。

按工作原理，泵可分为叶轮式泵，喷射式泵和容积式泵。其中叶轮式泵是靠叶轮带动液体高速回转而把机械能传递给所输送的液体。根据泵的叶轮和流道结构特点的不同叶轮式又可分为：离心泵（centrifugal pump），轴流泵（axial pump），混流泵（mixed-flow pump）和旋涡泵（peripheral pump）。喷射式泵（jet pump）是靠工作流体产生的高速射流引射流体，然后再通过动量交换而使被引射流体的能量增加。容积式泵是靠工作部件的运动造成工作容积周期性地增大和缩小而吸排液体，并靠工作部件的挤压而直接使液体的压力能增加，容积式泵按照运动部件运动方式的不同分为：往复泵和回转泵两类；按照运动部件结构不同又分为：活塞泵，柱塞泵，齿轮泵、螺杆泵、叶片泵和水环泵。容积式柱塞泵的优点在于泵的流量可通过改变柱塞的截面积控制，对于设计流速范围可控，流速精度高的微流量输液泵，容积式柱塞泵很适合。

现有的技术中，用于油田抽油，或水井抽水等，泵的设计追求流量越大越好，对于液相色谱仪中所需要的极低流量的微流量泵的设计还比较少，已有的一些小流量泵，如蠕动泵等，流量可控范围较大，但当其工作在极低流量处时精度不能保证，因此设计一种适合色谱仪中使用的流速范围可控，流速精度高的微流量输液泵极为必要。这种泵也可以推广到很多别的有类似输液要求的方面。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种伺服电机直驱的端面凸轮式单缸微流量柱塞泵，具有流速范围可控、流速精度高的优点。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种伺服电机直驱的端面凸轮式单缸微流量柱塞泵，包括泵主体8，泵主体8固定在支架20上，泵主体8中心开有一个阶梯式柱塞孔9，泵端盖10安装在泵主体8的左侧，形成密封泵腔，阶梯式柱塞前端7通过密封阀与柱塞孔紧密配合；

伺服电机1通过传动轴2与驱动端面凸轮轴3的后端连接，驱动端面凸轮轴3的前端端面凸轮形状为三个周期的正弦线首尾连接，围绕驱动端面凸轮轴3一圈所得的形状，阶梯式柱塞后端5的尾端是与驱动端面凸轮轴3的前端相对应的端面凸轮结构，在阶梯式柱塞后端5和泵主体8之间的阶梯式柱塞前端7外部设有弹簧6，在弹簧6的推力作用下，阶梯式柱塞后端5与驱动端面凸轮轴3的前端通过球形滚珠21紧密连接；在驱动端面凸轮轴3的前端开有深度比球形滚珠21半径大的球形滚珠槽，球形滚珠槽深度越过滚珠直径最大处，球形滚珠21在球形滚珠槽内布满；

阶梯式柱塞后端5上开有键槽，并通过键15与泵主体8连接；

柱塞孔9的最左端空腔处即为泵腔，泵腔上下对称分别开一个第一吸液口11和一个第一排液口12，在泵体8上下对称分别设有一条与第一吸液口11连通的吸液液路13和一条与第一排液口12连通的排液液路14，在泵体8与驱动端面凸轮轴3接触范围内上下对应分别开一个与吸液液路13连通的第二吸液口16和一个与排液液路14连通的第二排液口17，在其旁边上下对应分别开一个与外部吸液管路连接的第三吸液口18和一个与外部排液管路连接的第三排液口19，在驱动端面凸轮轴3上开与端面凸轮正弦周期数相等的连通槽4；

当驱动端面凸轮轴3驱动阶梯式柱塞向右平移时，泵吸液，驱动端面凸轮轴3上的连通槽4连通第二吸液口16和第三吸液口18，而第二排液口17和第二排液口19被隔离，从而实现从外部吸液管路抽入溶液到泵腔中；当驱动端面凸轮轴3驱动阶梯式柱塞向左平移时，泵吸液，驱动端面凸轮轴3上的连通槽4连通第二排液口17和第三排液口19，而第二吸液口16和第三吸液口18被隔离，从而实现将泵腔中溶液向外部排液管路输出。

本发明具有以下优点：

1）结构紧凑。巧妙的利用的驱动端面凸轮轴3的旋转与吸排液过程的对应关系，将连通槽4开在驱动轴3上，使得结构紧凑，系统体积减小。

2）流量易控。要实现对微流量连续柱塞泵的流量控制，只需设计合适尺寸的柱塞直径，并配合对电机转速的控制即可。

3）响应及时。整个过程的中间传动环节简单，电机旋转带动柱塞左右平移的的动作延时短，相应快。

附图说明

图1为本发明的轴向剖视图-吸液过程。

图2为本发明的轴向剖视图-排液过程。

图3为图1的A-A剖视图,其中图3(a)为吸液过程中驱动端面凸轮轴3的连通槽4与泵体8的吸排液口的位置关系；图3(b)为排液过程中驱动端面凸轮轴3的连通槽4与泵体8的吸排液口的位置关系。

图4为图2中驱动端面凸轮轴与阶梯式柱塞连接处截面的剖视图。

图5为驱动端面凸轮轴3前端和滚珠21装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

参考图1和图2，一种伺服电机直驱的端面凸轮式单缸微流量柱塞泵，包括泵主体8，泵主体8通过螺栓固定在支架20上，泵主体8中心开有一个阶梯式柱塞孔9，泵端盖10安装在泵主体8的左侧，形成密封泵腔，阶梯式柱塞前端7通过密封阀与柱塞孔紧密配合，用于推送溶液；

参考图1、图2、图4、图5，伺服电机1通过传动轴2与驱动端面凸轮轴3的后端通过键配合连接，从而带动驱动端面凸轮轴3旋转，驱动端面凸轮轴3的前端凸轮形状为三个周期的正弦线首尾连接，围绕驱动端面凸轮轴3一圈所得的形状，阶梯式柱塞后端5的尾端是与驱动端面凸轮轴3的前端相对应的端面凸轮结构，在阶梯式柱塞后端5和泵主体8之间的阶梯式柱塞前端7外部设有弹簧6，在弹簧6的推力作用下，阶梯式柱塞后端5与驱动端面凸轮轴3的前端通过球形滚珠21紧密连接。在驱动端面凸轮轴3的前端开有深度比球形滚珠21半径大的球形滚珠槽，球形滚珠槽深度越过滚珠直径最大处，保证球形滚珠21始终在槽内，而不会掉出，球形滚珠21在球形滚珠槽内布满，用于驱动端面凸轮轴3与阶梯式柱塞后端5相对运动时减小摩擦阻力；

参考图1、图2、图4，阶梯式柱塞后端5上开有键槽，并通过键15与泵主体8连接，从而限制阶梯式柱塞在柱塞孔9中只沿轴向平移，而不能旋转；

参考图1、图2、图3、图4，柱塞孔9的最左端空腔处即为泵腔，泵腔上下对称分别开一个第一吸液口11和一个第一排液口12，在泵体8上下对称分别设有一条与第一吸液口11连通的吸液液路13和一条与第一排液口12连通的排液液路14，在泵体8与驱动端面凸轮轴3接触范围内上下对应分别开一个与吸液液路13连通的第二吸液口16和一个与排液液路14连通的第二排液口17，在其旁边上下对应分别开一个与外部吸液管路连接的第三吸液口18和一个与外部排液管路连接的第三排液口19，在驱动端面凸轮轴3上开与端面凸轮正弦周期数相等的连通槽4。

本发明的工作原理为：

当驱动端面凸轮轴3的最高点与阶梯式柱塞后端5的最高点对应时，阶梯式柱塞前端7处于最左端，当驱动端面凸轮轴3的最高点与阶梯式柱塞后端5的最低点对应时，阶梯式柱塞前端7处于最右端，在伺服电机1带动驱动端面凸轮轴3旋转的过程中，驱动端面凸轮轴3的最前端与阶梯式柱塞后端5的接触在最高点和最低点之间连续周期变换，从而实现连续吸排液。

当驱动端面凸轮轴3驱动阶梯式柱塞向右平移时，泵吸液，驱动端面凸轮轴3上的连通槽4连通第二吸液口16和第三吸液口18，而第二排液口17和第三排液口19被隔离，从而实现从外部吸液管路抽入溶液到泵腔中；当驱动端面凸轮轴3驱动阶梯式柱塞向左平移时，泵吸液，驱动端面凸轮轴3上的连通槽4连通第二排液口17和第三排液口19，而第二吸液口16和第三吸液口18被隔离，从而实现将泵腔中溶液向外部排液管路输出。

Claims (1)

1.一种伺服电机直驱的端面凸轮式单缸微流量柱塞泵，包括泵主体（8），泵主体（8）固定在支架（20）上，泵主体（8）中心开有一个阶梯式柱塞孔（9），泵端盖（10）安装在泵主体（8）的左侧，形成密封泵腔，阶梯式柱塞前端（7）通过密封阀与柱塞孔紧密配合，其特征在于： 

伺服电机（1）通过传动轴（2）与驱动端面凸轮轴（3）的后端连接，驱动端面凸轮轴（3）的前端端面凸轮形状为三个周期的正弦线首尾连接，围绕驱动端面凸轮轴（3）一圈所得的形状，阶梯式柱塞后端（5）的尾端是与驱动端面凸轮轴（3）的前端相对应的端面凸轮结构，在阶梯式柱塞后端（5）和泵主体（8）之间的阶梯式柱塞前端（7）外部设有弹簧（6），在弹簧（6）的推力作用下，阶梯式柱塞后端（5）与驱动端面凸轮轴（3）的前端通过球形滚珠（21）紧密连接；在驱动端面凸轮轴（3）的前端开有深度比球形滚珠（21）半径大的球形滚珠槽，球形滚珠槽深度越过滚珠直径最大处，球形滚珠（21）在球形滚珠槽内布满； 

阶梯式柱塞后端（5）上开有键槽，并通过键（15）与泵主体（8）连接； 

柱塞孔（9）的最左端空腔处即为泵腔，泵腔上下对称分别开一个第一吸液口（11）和一个第一排液口（12），在泵体（8）上下对称分别设有一条与第一吸液口（11）连通的吸液液路（13）和一条与第一排液口（12）连通的排液液路（14），在泵体（8）与驱动端面凸轮 轴（3）接触范围内上下对应分别开一个与吸液液路（13）连通的第二吸液口（16）和一个与排液液路（14）连通的第二排液口（17），在其旁边上下对应分别开一个与外部吸液管路连接的第三吸液口（18）和一个与外部排液管路连接的第三排液口（19），在驱动端面凸轮轴（3）上开与端面凸轮正弦周期数相等的连通槽（4）； 

当驱动端面凸轮轴（3）驱动阶梯式柱塞向右平移时，泵吸液，驱动端面凸轮轴（3）上的连通槽（4）连通第二吸液口（16）和第三吸液口（18），而第二排液口（17）和第三排液口（19）被隔离，从而实现从外部吸液管路抽入溶液到泵腔中；当驱动端面凸轮轴（3）驱动阶梯式柱塞向左平移时，泵吸液，驱动端面凸轮轴（3）上的连通槽（4）连通第二排液口（17）和第三排液口（19），而第二吸液口（16）和第三吸液口（18）被隔离，从而实现将泵腔中溶液向外部排液管路输出。