CN115616131A - 一种高精度注射泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种高精度注射泵，属于流体输送技术领域，包括泵体支架、旋转阀和丝杆，泵体支架具有支撑板、上支座和下支座，上支座垂直设置在支撑板的上端，下支座垂直设置在支撑板的下端；丝杆两端分别与上支座和下支座转动连接，所述丝杆与第二步进电机通过传动机构连接；丝母与所述丝杆螺纹连接，所述丝母与注射器的活塞连接；弹性件设置在所述丝杆与所述上支座或所述下支座之间。本发明的高精度注射泵，在丝杆与上支座或下支座之间设置有弹性件，实现丝杆轴向消隙，并结合可径向收缩的零间隙丝母和双导轨导向，保证了丝杆传动的精度，极大提高了液体传输的准确度和稳定性。

Description

一种高精度注射泵

技术领域

本发明涉及液体输送技术领域，具体涉及一种高精度注射泵。

背景技术

在一些实验，例如液相色谱分析的过程中，需要使用高精度的注射器来输送液体，包括取样和放样等过程，注射器的驱动一般采用驱动机构或装置来实现，其中注射泵应用最多。而在给液量要求必须非常准确、总量很小、给液速度需缓慢或长时间恒定的情况下，则应当使用高精度注射泵实现这一目的。

现有技术中，高精度注射泵通常由步进电机、丝杆、丝母支架等构成，丝母往复移动，丝母与注射器的活塞相连，注射器里盛放药液，实现高精度，平稳无脉动的液体传输。传统技术中，注射泵注射机构均采用单一的丝杆及固定式丝杆丝母机构，丝杆丝母与注射器活塞直接相连，通过丝杆的转动由丝杆丝母带动注射器活塞做往复移动以实现液体注射。

目前，传统的注射泵存在的主要缺点在于，丝杆与丝杆丝母之间的间隙随着时间的增加而不断增大，使注射器活塞往复移动精度下降，无法确保恒定的输液精度；固定式丝杆丝母不能自动对磨耗进行补偿，只能定期更换，增加了使用的成本。

为了解决间隙增大的问题，申请号为20150734221.6的中国发明专利提供了一种自动可换向液相注射泵，包括：泵体、框架、移动座、换向步进电机、导向轴、传动丝杆、消隙丝母总成、直线轴承、注射器联接螺钉、直线传动步进电机、带护边同步带轮、同步带以及无护边同步带轮；该方案通过将丝母设计成可在弹簧的作用下随时收紧的结构，从而解决了丝母与丝杆之间永久性的精密配合，进而保证了高精度注射泵在使用过程中的精度和稳定性。

然而，上述技术方案中提供的自动可换向液相注射泵，只是消除了丝母与丝杆之间的间隙。在实际的使用过程中，除了丝杆与丝母之间有可能出现的的间隙增加外，丝杆与支架之间的间隙也会不断的增大，使得丝杆在轴向上出现浮动，造成丝杆与丝母在带动注射器活塞往复移动过程中精度的下降。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的高精度注射泵输送液体时精度下降的缺陷，从而提供一种能够克服上述缺陷的高精度注射泵。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种高精度注射泵，包括：

泵体支架；

丝杆，所述丝杆的两端分别通过第一轴承和第二轴承转动安装在泵体支架内，所述丝杆与第二步进电机联动安装；

丝母，与所述丝杆螺纹连接，所述丝母与注射器的活塞连接；

弹性件，设置在所述第一轴承与泵体支架之间或第二轴承与泵体支架之间，所述弹性件的一端抵接在第一轴承或第二轴承的端面上，另一端抵接在泵体支架上。

作为一种可选的技术方案，所述丝杆上端与通过第一轴承安装在泵体支架上，所述弹性件设置在所述第一轴承和泵体支架之间，所述第二步进电机与丝杆的下端联动安装。

作为一种可选的技术方案，还包括：

滑块，与所述丝母固定安装，所述滑块上连接有推杆；所述推杆的一端通过开设在泵体支架上的条形过孔伸出泵体支架外与所述注射器的活塞连接。

作为一种可选的技术方案，还包括：

导杆，具有两根；所述导杆与所述泵体支架固定连接；所述导杆与所述丝杆平行设置；所述滑块滑动安装在导杆上。

作为一种可选的技术方案，两根导杆中的一根导杆两端均固定连接安装在泵体支架内；

两根导杆中另一根导杆的一端与所述泵体支架固定连接，另一端插入到泵体支架内的插孔内，且与该插孔底壁之间具有间隙。

作为一种可选的技术方案，还包括：

导套，固定安装在滑块上；所述导杆穿过导套并与所述导套滑动配合。

作为一种可选的技术方案，两根导杆与丝杆位于同一平面，且两根导杆对称设置在丝杆的两侧。

作为一种可选的技术方案，所述丝母的材质为工程塑料。

作为一种可选的技术方案，还包括：

旋转阀，安装在在泵体支架上，所述旋转阀设置在注射器外部的液路上并与注射器连通；

第一步进电机，安装在泵体支架上，所述第一步进电机输出轴与旋转阀的转动轴同轴设置；

联轴器，为柱状，一端与第一步进电机的输出端固定连接，另一端插接在旋转阀的驱动端上；所述联轴器由柔性材料制成。

作为一种可选的技术方案，所述泵体支架包括：

支撑板、上支座和下支座，上支座垂直设置在支撑板的上端，下支座垂直设置在支撑板的下端。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的高精度注射泵，包括泵体支架、丝杆、丝母和弹性件。所述丝杆的两端分别通过第一轴承和第二轴承转动安装在泵体支架内，所述丝杆与第二步进电机联动安装；丝母与所述丝杆螺纹连接，所述丝母与注射器的活塞连接；弹性件设置在所述第一轴承与泵体支架之间或第二轴承与泵体支架之间，所述弹性件的一端抵接在第一轴承或第二轴承的端面上，另一端抵接在泵体支架上。

我们熟知，轴承通常情况下包括一个动圈和一个静圈，静圈和动圈之间设置有滚珠。在使用时间较长或者轴承本身精度不够的情况下，动圈和滚珠之间，以及静圈和滚珠之间均有可能产生坚实，该间隙也会导致丝杆具有了可以沿着轴向上下窜动的可能，进而导致丝杆在带动丝母上下往复运动时，丝母的运动无法完全与第二步进电机同步。

而在本发明提供的高精度注射泵中，在第一轴承或第二轴承与泵体支架之间设置了弹性件，弹性件压迫第一轴承或第二轴承，当第一轴承或第二轴承出现上述间隙增大的状况时，弹性件能够推动第一轴承或第二轴承向挤压丝杆的方向移动，进而弥补因轴承间隙导致的丝杆的上下窜动。因此，本发明提供的高精度注射泵具有更高的输送精度，输送过程更加稳定、准确。

2.本发明提供的高精度注射泵，所述丝杆上端与通过第一轴承安装在泵体支架上，所述弹性件设置在所述第一轴承和泵体支架之间，所述第二步进电机与丝杆的下端联动安装。

在上述结构中，当弹性件设置在丝杆的上端的第一轴承上后，相较于弹簧设置在丝杆的下端，弹性件在抵压第一轴承的过程中不需要克服丝杆本身的重力，因而其弹力能够得到充分的利用，增加对于轴承的推力，迫使第一轴承和第二轴承对于推杆的挤压更加紧密，进一步的降低了丝杆上下窜动的可能性，提升了整个高精度注射泵的精准性。

3.本发明提供的高精密的注射泵中，还包括两根导杆；两根导杆中另一根导杆的一端与所述泵体支架固定连接，另一端插入到泵体支架内的插孔内，且与该插孔底壁之间具有间隙。

在通常情况下，我们认为将两根导杆全部设计两端固定安装的形式后，具有更加牢靠的结构，因此也对滑块的运动具有更好的导向作用，使滑块运动过程更加稳定。但是通过发明人在高精度条件下反复的试验后得出结论，将其中一个导杆的一端设计成上述结构中的悬浮式形式后，对于滑块的稳定作用反而更加优秀。究其原因，在于高精度条件下，现有的机械加工精度难以达到高精度注射泵的精度要求。无论是装配还是机加工过程中，都有可能导致两根导杆产生行位误差，当两根导杆的平行度存在误差时，便难以保证在高精度条件下满足滑块运动的需要。此时，滑块的运动便容易在两根导柱之间发生短暂的抱死现象，进而影响滑块运动的稳定性。

因此，上述结构中将其中一根导杆的一端设计成悬浮式结构，一端设计成固定结构后。当滑块就有抱死趋势时，导杆会具有在轴向上的位移间隙，此时可以使改悬浮安装的导杆在导向过程中进行有效适应滑块的运动，同时保证了丝杆导程精度充分发挥。

4.本发明提供的一种高精度注射泵，丝母的材质为工程塑料；工程塑料材质的丝母可做径向收缩，使得丝母和丝杆之间始终处于紧密配合状态，以保持精确的传动精度，从而确保恒定的输出速度。

5.本发明提供的高精度注射泵，还包括旋转阀、第一步进电机和联轴器。旋转阀安装在在泵体支架上，所述旋转阀设置在注射器外部的液路上并与注射器连通；第一步进电机，安装在泵体支架上，所述第一步进电机输出轴与旋转阀的转动轴同轴设置；联轴器，为柱状，一端与第一步进电机的输出端固定连接，另一端插接在旋转阀的驱动端上；所述联轴器由柔性材料制成。

现有技术中，为了保证装配精度，高精度注射泵上的旋转阀通常使用较软的材质，这种情况下，如果直接连接到步进电机的输出轴上之后，会对旋转阀施加较大的冲击，时间一久就会出现磨损。本发明中提供的高精度注射泵设计了联轴器，且联轴器为柔性材质，此时第一步进电机上的扭矩在传导到旋转阀的驱动端上时，联轴器本身会对该扭矩进行一定程度的缓冲，进而减小了第一步进电机对联轴器的冲击，提升了旋转阀本身及整个高精度注射泵的使用寿命。同时，联轴器设计成柱状后，在长度方向上也更容易扭转，进一步提升的了联轴器对于扭矩的缓冲能力。

综上所述，本发明提供的高精度注射泵相较于传统技术中的注射泵，有效地解决了丝杆窜动而影响输送精度的问题，同时还具有导向自适应能力好、使用寿命长等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的高精度注射泵的剖视结构示意图。

图2为本发明的高精度注射泵的第一角度立体结构示意图。

图3为本发明的高精度注射泵的第二角度立体结构示意图。

图4为本发明的丝杆和导杆的配合结构示意图。

图5为本发明的弹性件的安装结构示意图。

图6为本发明的旋转阀的安装结构示意图

附图标记说明：

1、支撑板；2、上支座；3、下支座；4、旋转阀；5、第一步进电机；6、注射器；7、丝杆；8、丝母；9、滑块；10、弹性件；11、第一轴承；12、推杆；13、连接轴；14、导杆；15、导套；16、联轴器；17、第二步进电机；18、弹簧压板；19、第一带轮；20、第二带轮；21、传动带；22、第二轴承。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供一种高精度注射泵，如图1-3所示，包括：泵体支架、旋转阀4、丝杆7、丝母8和弹性件10。

泵体支架具有竖直设置的支撑板1，在支撑板1的上端垂直设置有上支座2，支撑板1的下端垂直设置有下支座3。在支撑板1上设置有旋转阀4，旋转阀4与第一步进电机5连接，旋转阀4与注射器6的腔体连接。通过第一步进电机5驱动旋转阀4运动，切换流体的液路走向。

参见图6，旋转阀4、第一步进电机5和联轴器16安装在在泵体支架上，所述旋转阀4设置在注射器6外部的液路上并与注射器6连通；第一步进电机5，安装在泵体支架上，所述第一步进电机5输出轴与旋转阀4的转动轴同轴设置；联轴器16，为柱状，一端与第一步进电机5的输出端固定连接，另一端插接在旋转阀4的驱动端上；所述联轴器16由柔性材料制成。

现有技术中，为了保证装配精度，高精度注射泵上的旋转阀通常使用较软的材质，这种情况下，如果直接连接到步进电机的输出轴上之后，会对旋转阀施加较大的冲击，时间一久就会出现磨损。而本发明中提供的高精度注射泵设计了联轴器16，且联轴器16为柔性材质，此时第一步进电机5上的扭矩在传导到旋转阀4的驱动端上时，联轴器16本身会对该扭矩进行一定程度的缓冲，进而减小了第一步进电机5对联轴器16的冲击，提升了旋转阀4本身及整个高精度注射泵的使用寿命。同时，联轴器16设计成柱状后，在长度方向上也更容易扭转，进一步提升的了联轴器16对于扭矩的缓冲能力。

参见图4，丝杆7与下支座3之间通过第二轴承22连接，且第二步进电机17和丝杆7之间通过皮带传动，即第二步进电机17的驱动端与第二带轮20连接，丝杆7的下端与第一带轮19连接，第一带轮19和第二带轮20通过传动带21连接。

在上支座2和下支座3之间转动连接有丝杆7，丝杆7与第二步进电机17通过传动机构连接，在丝杆7上螺纹连接有丝母8，丝母8与注射器6的活塞连接。在使用过程中，第二步进电机17带动丝杆7转动，通过丝杆7转动带动丝母8的上下移动，进而带动注射器6的活塞的上下移动。液路通过注射器6和旋转阀4的配合，将流体作定量的输出。

在丝杆7的上端与上支座2之间设置有弹性件10，通过弹性件10的缓冲作用，可以消除在长时间使用过程中的轴向间隙，保证了丝杆7传动的精密性，极大的提高了液体传输的稳定性和灵敏度。

如图1、5所示，丝杆7与上支座2之间通过第一轴承11连接，弹性件10设置在第一轴承11和上支座2之间，具体的，弹性件10压紧第一轴承11，在通过弹簧压板18将弹性件10压在上支座2内部，从而实现丝杆7的轴向消隙。

如图2所示，丝母8的外侧连接有滑块9，滑块9上连接有推杆12的一端。在支撑板1上沿丝杆7的轴向方向开设有条形过孔，推杆12的另一端穿过条形过孔通过连接轴13与注射器6的活塞连接。

在滑块9上开设有两个滑动孔，在每个滑动孔内分别滑动穿设有导杆14，两根导杆14平行位于丝杆7的两侧，保证两根导杆14和丝杆7位于同一平面，且一根导杆14的两端分别与上支座2和下支座3固定连接，另一根导杆14一端固定，另一端浮动。浮动的设置过程在本方案中，为插入到下支座3内，但是浮动不固定，主要是在装配过程中充分保证垂直运动导向的平行度。因为单轴导向有力矩扭转的趋势，双轴平行装配，且丝杆7传动与两个导杆14位于同一平面，驱动力在摩擦力产生导向力的同时不会出现传动抱死的现象，一端固定一端浮动的双轴设置可明显消除此风险。

如图3、4所示，在滑动孔内设置有导套15，导杆14滑动穿设在导套15内，且该导套15的材料为工程塑料。导套15的设置使得两根导杆14便于做轴向运动，实现了导杆14的自润滑运动，直线导套15与滑块9之间为过渡配合，直线导套15与导杆14之间为间隙配合，两根导杆14在两个直线导套15内作上下垂直运动。

进一步的，丝母8的材质为工程塑料。工程塑料材质的丝母8可做径向收缩，使得丝母8和丝杆7之间始终处于紧密配合状态，实现丝杆7运动时的实时动态消隙，以保持精确的传动精度，从而确保恒定的输出速度。

进一步的，在旋转阀4和第一步进电机5之间设置有联轴器16，联轴器16的材料为工程塑料。该联轴器16采用浮动式联轴器16的形式，即与第一步进电机5连接的部分紧固连接，另一部分浮动悬臂，使用时将旋转阀4输出端插入联轴器16，实现了在传动时对旋转阀4的保护。

综上，在本方案中，通过轴向设置弹性件10实现丝杆7的轴向消隙，结合将丝母8设置为柔性材质，实现丝杆7运动时的实时动态消隙，总体上提高了传输的精度；在导杆14导向运动中内嵌直线导套15，实现了自润滑的维护；通过将一根导杆14固定设置，另一根导杆14的一端固定，另一端浮动，充分保证垂直运动导向的平行度，增加了使用寿命，提高了使用的可靠性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高精度注射泵，其特征在于，包括：

泵体支架；

丝杆（7），所述丝杆（7）的两端分别通过第一轴承（11）和第二轴承（22）转动安装在泵体支架内，所述丝杆（7）与第二步进电机（17）联动安装；

丝母（8），与所述丝杆（7）螺纹连接，所述丝母（8）与注射器（6）的活塞连接；

弹性件（10），设置在所述第一轴承（11）与泵体支架之间或第二轴承（22）与泵体支架之间，所述弹性件（10）的一端抵接在第一轴承（11）或第二轴承（22）的端面上，另一端抵接在泵体支架上。

2.根据权利要求1所述的高精度注射泵，其特征在于，所述丝杆（7）上端与通过第一轴承（11）安装在泵体支架上，所述弹性件（10）设置在所述第一轴承（11）和泵体支架之间，所述第二步进电机（17）与丝杆的下端联动安装。

3.根据权利要求1所述的高精度注射泵，其特征在于，还包括：

滑块（9），与所述丝母（8）固定安装，所述滑块（9）上连接有推杆（12）；所述推杆（12）的一端通过开设在泵体支架上的条形过孔伸出泵体支架外与所述注射器（6）的活塞连接。

4.根据权利要求3所述的高精度注射泵，其特征在于，还包括：

导杆（14），具有两根；所述导杆（14）与所述泵体支架固定连接；所述导杆与所述丝杆（7）平行设置；所述滑块（9）滑动安装在导杆（14）上。

5.根据权利要求4所述的高精度注射泵，其特征在于，两根导杆（14）中的一根导杆（14）两端均固定连接安装在泵体支架内；

两根导杆（14）中另一根导杆（14）的一端与所述泵体支架固定连接，另一端插入到泵体支架内的插孔内，且与该插孔底壁之间具有间隙。

6.根据权利要求4所述的高精度注射泵，其特征在于，还包括：

导套（15），固定安装在滑块（9）上；所述导杆（14）穿过导套（15）并与所述导套（15）滑动配合。

7.根据权利要求4所述的高精度注射泵，其特征在于，两根导杆（14）与丝杆（7）位于同一平面上，两根导杆（14）对称设置在丝杆（7）的两侧。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的高精度注射泵，其特征在于，所述丝母（8）的材质为工程塑料。

9.根据权利要求1所述的高精度注射泵，其特征在于，还包括：

旋转阀（4），安装在在泵体支架上，所述旋转阀（4）设置在注射器（6）外部的液路上并与注射器（6）连通；

第一步进电机（5），安装在泵体支架上，所述第一步进电机（5）输出轴与旋转阀（4）的转动轴同轴设置；

联轴器（16），为柱状，一端与第一步进电机（5）的输出端固定连接，另一端插接在旋转阀（4）的驱动端上；所述联轴器（16）由柔性材料制成。

10.根据权利要求1所述的高精度注射泵，其特征在于，所述泵体支架包括：

支撑板（1）、上支座（2）和下支座（3），上支座（2）垂直设置在支撑板（1）的上端，下支座（3）垂直设置在支撑板（1）的下端。

Images