CN111779657A - 一种压电驱动式共振气泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压电驱动式共振气泵，包括腔体、下腔体和底座，底座的顶端固定连接定位环，定位环的顶端设有压电振子，所述压电振子通过若干紧固螺栓安装在定位环上，所述底座的顶端均匀的设有若干立柱，所有的所述立柱的顶端共同设有下腔体，所述下腔体通过螺柱安装在立柱上，下腔体的顶端设有卡槽，所述卡槽内安装有腔体；所述共振杆的底端贯穿压电振子并套设有螺帽，共振杆上套设有质量机构；本发明通过设置质量机构改变其共振频率，可以实现在400HZ以下的低频工作，也可以在400HZ以上的高频工作条件下工作，并且整个装置的整体结构简单，体积小，完全不产生磁干扰也不接受磁干扰，比传统的气泵更适合于在复杂环境工作。

Description

一种压电驱动式共振气泵
技术领域
本发明涉及空气隔膜泵技术领域，尤其是一种压电驱动式共振气泵。
背景技术
空气隔膜泵是一种新型输送机械，采用压缩空气为动力源，对于各种腐蚀性液体，带颗粒的液体，高粘度、易挥发、易燃、剧毒的液体，均能予以抽光吸尽。
在泵的两个对称工作腔中，各装有一块有弹性的隔膜，形成两个独立的腔室，中间轴将两块隔膜结成一体，配气阀控制每个腔室的增压，缩空气进入配气阀后，推动一边隔膜，驱使联杆联接的两块隔膜同步运动。与此同时，另一工作腔中的气体排出泵外，到达行程终点，配气阀则自动地将压缩空气切换到另一工作腔，推动隔膜朝相反方向运动，这样形成了两个隔膜的同步往复运动。每个工作腔中又设置有两个单向球阀，隔膜的往复运动，造成工作腔内容积的改变，迫使两个单向球阀交替地开启和关闭，从而将液体连续地吸入和排出。
目前气体隔膜泵主要有利用电动机凸轮机构驱动的电磁隔膜泵与压电薄膜泵两大类，其中压电泵对纯水性工作介质的输出效果好。膜片式压电振子的变形能力有限，对气体的输出效果很差，在较高频率下整个泵体的工作效果大幅降低。为此，本发明的一种压电振子气泵是利用系统共振原理将压电激励源的振动位移放大并用于驱动流体的装置，使用压电振子(PZT、PLZT或PMN)可以作为气泵的驱动力源，由此构造一个可以提供足够功率的，可以在较高频率下工作的压电气泵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压电驱动式共振气泵，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种压电驱动式共振气泵，包括腔体、下腔体和底座，所述底座是圆柱体结构，底座的顶端固定连接定位环，所述定位环是圆环形结构，定位环的顶端设有压电振子，所述压电振子通过若干紧固螺栓安装在定位环上，所述底座的顶端均匀的设有若干立柱，所述立柱是圆管形结构，所有的所述立柱的顶端共同设有下腔体，所述下腔体通过螺柱安装在立柱上，下腔体是圆环板结构，下腔体的轴线与定位环的轴线重合，下腔体的顶端设有卡槽，所述卡槽内安装有腔体，所述腔体包括上腔体，所述上腔体是底端敞口的圆盘筒结构，上腔体通过密封环安装在卡槽上，上腔体通过若干螺栓安装在下腔体上，所述密封环的底端固定连接有与卡槽相配合的金属薄片，所述金属薄片是弹性金属制作而成，所述上腔体的内腔设有隔板，所述隔板把上腔体的内腔分隔成两个气腔，所述气腔的外侧端贯通连接气孔，所述上腔体的内腔底部设有与隔板相配合的薄片，所述薄片是选用弹性材料制作而成，薄片上设有与气腔相配合的通孔，所述通孔上安装有单向阀，所述金属薄片的底端中部固定连接有与下腔体相配合的接头，所述接头通过紧箍连接共振杆，所述共振杆的底端贯穿压电振子并套设有螺帽，共振杆上套设有质量机构，通过压电振子产生振动，并通过共振杆配合质量机构以及紧箍向接头产生振动，利用接头把振动传到金属薄片上，利用接头的上下振动带动金属薄片上下鼓动，令上腔体内部容积发生变化，外部的气体通过气孔进入或排出上腔体的内腔(由于单向阀的设置，可以限定空气从一个气孔进入上腔体内，并通过另一个气孔排出)，由此完成气泵的工作；同时通过设置质量机构改变其共振频率，可以实现在400HZ以下的低频工作，也可以在400HZ以上的高频工作条件下工作，并且整个装置的整体结构简单，体积小，完全不产生磁干扰也不接受磁干扰，比传统的气泵更适合于在复杂环境工作，并且不容易损坏，也更容易维护；同时通过定位环配合紧固螺栓限定压电振子径向的振动，有利于压电振子的振动向上传递，从而保证整个装置的顺利运行。
在进一步的实施例中，所述紧固螺栓上套设有与压电振子相配合的螺栓垫圈，通过设置螺栓垫圈，可以最大限度的防止紧固螺栓安装时损伤压电振子，减少后期维修过程拆装造成的损伤，有利于提高压电振子的使用寿命。
在进一步的实施例中，所述质量机构包括质量块，所述质量块套设在共振杆的外侧，所述共振杆的外侧套设有与质量块相配合的第一螺母垫圈，所述质量块的顶端呈圆形阵列设有若干弹簧片，所述弹簧片的一端套设有在螺柱上，弹簧片的另一端通过安装螺栓安装在质量块上，所述安装螺栓上套设有与弹簧片相配合的第二螺母垫圈，所有的所述弹簧片呈旋涡形结构分布，通过设置旋涡状的弹簧片，可以大幅降低整个装置的刚度，有利于减少整个装置的固有频率，能进一步提高整个装置工作的稳定性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过设置质量机构改变其共振频率，可以实现在400HZ以下的低频工作，也可以在400HZ以上的高频工作条件下工作，并且整个装置的整体结构简单，体积小，完全不产生磁干扰也不接受磁干扰，比传统的气泵更适合于在复杂环境工作，并且不容易损坏，也更容易维护；同时通过定位环配合紧固螺栓限定压电振子径向的振动，有利于压电振子的振动向上传递，从而保证整个装置的顺利运行；
2、本发明通过设置螺栓垫圈，可以最大限度的防止紧固螺栓安装时损伤压电振子，减少后期维修过程拆装造成的损伤，有利于提高压电振子的使用寿命；
3、本发明通过设置旋涡状的弹簧片，可以大幅降低整个装置的刚度，有利于减少整个装置的固有频率，能进一步提高整个装置工作的稳定性。
附图说明
图1为一种压电驱动式共振气泵的轴测图的结构示意图；
图2为一种压电驱动式共振气泵的立体图的结构示意图；
图3为一种压电驱动式共振气泵的单向阀的结构示意图；
图4为一种压电驱动式共振气泵的质量机构的结构示意图；
图5为一种压电驱动式共振气泵的腔体的结构示意图。
图中：1-腔体，101-上腔体，102-单向阀，103-薄片，104-密封环，105-金属薄片，107-接头，108-螺栓，109-气孔，110-气腔，111-隔板，2-下腔体，3-紧箍，4-质量机构，401-弹簧片，402-第一螺母垫圈，403-第二螺母垫圈，404-质量块，5-底座，6-定位环，7-螺栓垫圈，8-压电振子，9-螺帽，10-共振杆，11-立柱，12-螺柱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参见图1-5，一种压电驱动式共振气泵，包括腔体1、下腔体2和底座5，所述底座5是圆柱体结构，底座5的顶端固定连接定位环6，所述定位环6是圆环形结构，定位环6的顶端设有压电振子8，所述压电振子8通过若干紧固螺栓安装在定位环6上，所述底座5的顶端均匀的设有若干立柱11，所述立柱11是圆管形结构，所有的所述立柱11的顶端共同设有下腔体2，所述下腔体2通过螺柱12安装在立柱11上，下腔体2是圆环板结构，下腔体2的轴线与定位环6的轴线重合，下腔体2的顶端设有卡槽，所述卡槽内安装有腔体1，所述腔体1包括上腔体101，所述上腔体101是底端敞口的圆盘筒结构，上腔体101通过密封环104安装在卡槽上，上腔体101通过若干螺栓108安装在下腔体2上，所述密封环104的底端固定连接有与卡槽相配合的金属薄片105，所述金属薄片105是弹性金属制作而成，所述上腔体101的内腔设有隔板111，所述隔板111把上腔体101的内腔分隔成两个气腔110，所述气腔110的外侧端贯通连接气孔109，所述上腔体101的内腔底部设有与隔板111相配合的薄片103，所述薄片103是选用弹性材料制作而成，薄片103上设有与气腔110相配合的通孔，所述通孔上安装有单向阀102，所述金属薄片105的底端中部固定连接有与下腔体2相配合的接头107，所述接头107通过紧箍3连接共振杆10，所述共振杆10的底端贯穿压电振子8并套设有螺帽9，共振杆10上套设有质量机构4，通过压电振子8产生振动，并通过共振杆10配合质量机构4以及紧箍3向接头107产生振动，利用接头107把振动传到金属薄片105上，利用接头107的上下振动带动金属薄片105上下鼓动，令上腔体101内部容积发生变化，外部的气体通过气孔109进入或排出上腔体101的内腔(由于单向阀102的设置，可以限定空气从一个气孔109进入上腔体101内，并通过另一个气孔109排出)，由此完成气泵的工作；同时通过设置质量机构4改变其共振频率，可以实现在400HZ以下的低频工作，也可以在400HZ以上的高频工作条件下工作，并且整个装置的整体结构简单，体积小，完全不产生磁干扰也不接受磁干扰，比传统的气泵更适合于在复杂环境工作，并且不容易损坏，也更容易维护；同时通过定位环6配合紧固螺栓限定压电振子8径向的振动，有利于压电振子8的振动向上传递，从而保证整个装置的顺利运行。
所述紧固螺栓上套设有与压电振子8相配合的螺栓垫圈7，通过设置螺栓垫圈7，可以最大限度的防止紧固螺栓安装时损伤压电振子8，减少后期维修过程拆装造成的损伤，有利于提高压电振子8的使用寿命。
实施例2
与实施例1相区别的是：所述质量机构4包括质量块404，所述质量块404套设在共振杆10的外侧，所述共振杆10的外侧套设有与质量块404相配合的第一螺母垫圈402，所述质量块404的顶端呈圆形阵列设有若干弹簧片401，所述弹簧片401的一端套设有在螺柱12上，弹簧片401的另一端通过安装螺栓安装在质量块404上，所述安装螺栓上套设有与弹簧片401相配合的第二螺母垫圈403，所有的所述弹簧片401呈旋涡形结构分布，通过设置旋涡状的弹簧片401，可以大幅降低整个装置的刚度，有利于减少整个装置的固有频率，能进一步提高整个装置工作的稳定性。
实施例1-2的工作原理：通过压电振子8产生振动，并通过共振杆10配合质量机构4以及紧箍3向接头107产生振动，利用接头107把振动传到金属薄片105上，利用接头107的上下振动带动金属薄片105上下鼓动，令上腔体101内部容积发生变化，外部的气体通过气孔109进入或排出上腔体101的内腔(由于单向阀102的设置，可以限定空气从一个气孔109进入上腔体101内，并通过另一个气孔109排出)，由此完成气泵的工作；同时通过设置质量机构4改变其共振频率，可以实现在400HZ以下的低频工作，也可以在400HZ以上的高频工作条件下工作，并且整个装置的整体结构简单，体积小，完全不产生磁干扰也不接受磁干扰，比传统的气泵更适合于在复杂环境工作，并且不容易损坏，也更容易维护；同时通过定位环6配合紧固螺栓限定压电振子8径向的振动，有利于压电振子8的振动向上传递，从而保证整个装置的顺利运行。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种压电驱动式共振气泵，包括腔体(1)、下腔体(2)和底座(5)，其特征在于，所述底座(5)是圆柱体结构，底座(5)的顶端固定连接定位环(6)，所述定位环(6)是圆环形结构，定位环(6)的顶端设有压电振子(8)，所述压电振子(8)通过若干紧固螺栓安装在定位环(6)上，所述底座(5)的顶端均匀的设有若干立柱(11)，所述立柱(11)是圆管形结构，所有的所述立柱(11)的顶端共同设有下腔体(2)，所述下腔体(2)通过螺柱(12)安装在立柱(11)上，下腔体(2)的顶端设有卡槽，所述卡槽内安装有腔体(1)，所述腔体(1)包括上腔体(101)，所述上腔体(101)是底端敞口的圆盘筒结构，上腔体(101)通过密封环(104)安装在卡槽上，上腔体(101)通过若干螺栓(108)安装在下腔体(2)上，所述密封环(104)的底端固定连接有与卡槽相配合的金属薄片(105)，所述上腔体(101)的内腔设有隔板(111)，所述隔板(111)把上腔体(101)的内腔分隔成两个气腔(110)，所述气腔(110)的外侧端贯通连接气孔(109)，所述上腔体(101)的内腔底部设有与隔板(111)相配合的薄片(103)，薄片(103)上设有与气腔(110)相配合的通孔，所述通孔上安装有单向阀(102)，所述金属薄片(105)的底端中部固定连接有与下腔体(2)相配合的接头(107)，所述接头(107)通过紧箍(3)连接共振杆(10)，所述共振杆(10)的底端贯穿压电振子(8)并套设有螺帽(9)，共振杆(10)上套设有质量机构(4)。
2.根据权利要求1所述的一种压电驱动式共振气泵，其特征在于，所述下腔体(2)是圆环板结构，下腔体(2)的轴线与定位环(6)的轴线重合。
3.根据权利要求1所述的一种压电驱动式共振气泵，其特征在于，所述金属薄片(105)是弹性金属制作而成。
4.根据权利要求1所述的一种压电驱动式共振气泵，其特征在于，所述薄片(103)是选用弹性材料制作而成。
5.根据权利要求1所述的一种压电驱动式共振气泵，其特征在于，所述紧固螺栓上套设有与压电振子(8)相配合的螺栓垫圈(7)。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种压电驱动式共振气泵，其特征在于，所述质量机构(4)包括质量块(404)，所述质量块(404)套设在共振杆(10)的外侧，所述共振杆(10)的外侧套设有与质量块(404)相配合的第一螺母垫圈(402)，所述质量块(404)的顶端呈圆形阵列设有若干弹簧片(401)，所述弹簧片(401)的一端套设有在螺柱(12)上，弹簧片(401)的另一端通过安装螺栓安装在质量块(404)上。
7.根据权利要求6所述的一种压电驱动式共振气泵，其特征在于，所述安装螺栓上套设有与弹簧片(401)相配合的第二螺母垫圈(403)。
8.根据权利要求6所述的一种压电驱动式共振气泵，其特征在于，所有的所述弹簧片(401)呈旋涡形结构分布。
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