CN116951123A - 一种微型气动阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型气动阀，属于流体管路控制设备技术领域，包括：阀体、阀盖、PVC gel阀芯、阀座、弹簧挡圈和连接件；所述阀体安装在连接件的内部，所述阀盖滑动连接在阀体的一端，所述阀座抵接在阀体的另一端，所述PVC gel阀芯放置在阀盖与阀座之间，且一端与阀盖抵接，另一端与阀座抵接，所述弹簧挡圈安装在连接件的内部，所述弹簧挡圈与阀体的一端抵接，所述连接件与机器人的气动管路连通。本发明具有结构简单、体积小、质量轻、响应速度快，便于气动机器人执行系统的小型化和轻量化的优点。
Description
技术领域
本发明属于流体管路控制设备技术领域，更具体的说是涉及一种微型气动阀。
背景技术
随着制造业的飞速发展，具有高效率、高精度和超长寿命的机器人展现出巨大的应用价值。其中，气动机器人具有气源绿色环保、动作灵活迅速、工作安全性高和操作维修简便等优点，然而现有的用于控制流体流量和压力的阀门结构复杂、体积较大且质量重，严重限制了气动机器人执行系统的小型化和轻量化。
因此，如何提供一种微型气动阀是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种微型气动阀，具有结构简单、体积小、质量轻、响应速度快，便于气动机器人执行系统的小型化和轻量化的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种微型气动阀，包括：阀体、阀盖、PVC gel阀芯、阀座、弹簧挡圈和连接件；所述阀体安装在连接件的内部，所述阀盖滑动连接在阀体的一端，所述阀座抵接在阀体的另一端，所述PVC gel阀芯放置在阀盖与阀座之间，且一端与阀盖抵接，另一端与阀座抵接，所述弹簧挡圈安装在连接件的内部，所述弹簧挡圈与阀体的一端抵接，所述连接件与机器人的气动管路连通。
进一步地，所述阀体包括：内壁、外壁和阀座卡扣，所述外壁与连接件滑动连接，所述外壁上沿竖直方向开设有阀盖限位槽，所述阀盖限位槽的一端为阀盖限位肩，另一端设置有阀座卡扣，所述阀盖限位槽的两侧沿水平方向开设有阀座限位槽。
进一步地，所述阀盖包括：阀盖主体、矩形键和阳极板，所述阀盖主体的一侧安装有矩形键，所述矩形键通过阀盖限位槽与阀体滑动连接，所述阀盖主体一侧的表面上安装有阳极板，所述阀盖主体上开设有阳极导线孔。
进一步地，所述阀座包括：阀座主体、扇形键和阴极板，所述阀座主体的一侧安装有扇形键，所述扇形键通过阀座限位槽与阀体抵接，所述阀座一侧的表面安装有阴极板，所述阀座主体上开设有阴极导线孔。
进一步地，所述连接件包括宝塔接头A、定位台阶、宝塔接头B和连接件主体，所述连接件主体的顶端连接有宝塔接头A，所述连接件主体的底端连接有宝塔接头B；所述宝塔接头A下侧连接件主体的内壁上开设有电源线通道A，所述宝塔接头B上侧连接件主体的内壁上开设有电源线通道B，所述电源线通道A下侧连接件主体的内壁上开设有凹槽，用于安装弹簧挡圈，所述电源线通道B上侧连接件主体的内壁上安装有定位台阶，用于与阀体的一端抵接。
本发明的有益效果在于：
本发明结构简单，使用方便，本发明涉及的PVC gel阀芯具有结构简单、体积小、质量轻和响应速度快等优点，尤其是毫米级尺度下截面变形显著，具有良好的驱动效果；基于PVC gel阀芯的微型气动阀可在电压信号驱动下控制气动管路的流通面积甚至通断，其体积几乎不可压缩。当圆柱形PVC gel阀芯上下两个端面与阀盖和阀座上的电极板接触并通电时，PVC gel阀芯向阳极板蠕动变形，两侧电极板之间的距离减小，PVC gel阀芯截面积增大，形成近似于圆台形结构，轴向收缩，阀盖与阀座之间距离减小，同时PVC gel阀芯径向膨胀，阀体的流通面积发生变化，此时气流可以通过；随着电压的提高，PVC gel阀芯的变形程度增加，气流可以流通的面积逐渐减小，直至流通面积为零，气流无法再通过，电源断电状态下，PVC gel阀芯的形状为圆柱形，气流可以持续通过。从而使得本发明具有结构简单、体积小、质量轻、响应速度快，便于气动机器人执行系统的小型化和轻量化的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明微型阀装配体示意图；
图2为本发明阀体的结构示意图；
图3为本发明阀盖的结构示意图；
图4为本发明阀座的结构示意图；
图5为本发明弹簧挡圈的结构示意图；
图6为本发明连接件的结构示意图；
图7位本发明的PVC gel阀芯变形流程示意图。
其中，图中：
1、阀体，1-1、内壁，1-2、外壁，1-3、阀座卡扣，1-4、阀座限位槽，1-5、阀盖限位肩，1-6、阀盖限位槽，2、阀盖，2-1、矩形键，2-2、阳极板，2-3、阳极导线孔，3、PVC gel阀芯，4、阀座，4-1、扇形键，4-2、阴极板，4-3、阴极导线孔，5、弹簧挡圈，6、连接件，6-1、宝塔接头A，6-2、电源线通道A，6-3、凹槽，6-4、定位台阶，6-5、电源线通道B，6-6、宝塔接头B。
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。
请参阅附图1-7，本发明提供了一种微型气动阀，包括：阀体1、阀盖2、PVC gel阀芯3、阀座4、弹簧挡圈5和连接件6；所述阀体1安装在连接件6的内部，所述阀盖2滑动连接在阀体1的一端，所述阀座4抵接在阀体1的另一端，所述PVC gel阀芯3放置在阀盖2与阀座4之间，且一端与阀盖2抵接，另一端与阀座4抵接，所述弹簧挡圈5安装在连接件6的内部，所述弹簧挡圈5与阀体1的一端抵接，所述连接件6与机器人的气动管路连通。所述连接件6可将阀体1与目标管路连接成整体，进而实现阀的预期功能，PVC gel阀芯3的材质为凝胶，因此PVC gel阀芯3可在电场力作用下发生电致动变形(电润湿效应)，由杨氏-李普曼方程知，凝胶的电润湿变形程度仅受电场强度及自身电化学属性影响，不因凝胶截面积的改变而改变。因此，当PVC gel阀芯3的截面积减小时，其截面积的变化量与初始截面积的比值将增大，相对变形程度变大，尤其是当PVC gel阀芯的截面直径小于毫米级尺度，PVC gel阀芯的径向变形与截面直径之间的比值将大于100％，发生显著的尺度效应，基于上述尺度效应，可设计电极及PVC gel阀芯结构，通过电场力作用，使PVC gel阀芯产生显著的径向膨胀，实现气动管路的流量控制。
所述阀体1包括：内壁1-1、外壁1-2和阀座卡扣1-3，所述外壁1-2与连接件6滑动连接，所述外壁1-2上沿竖直方向开设有阀盖限位槽1-6，所述阀盖限位槽1-6的一端为阀盖限位肩1-5，另一端设置有阀座卡扣1-3，所述阀盖限位槽1-6的两侧沿水平方向开设有阀座限位槽1-4。阀体内壁1-1与PVC gel阀芯3之间的间隙为气体通道，阀座卡扣1-3和阀座限位槽1-4在装配阀座时起到定位作用，用于限制阀座的轴向和径向位移；阀盖限位槽1-6用于限制阀盖除轴向移动之外的五个自由度。在PVC gel阀芯3未通电的情况下，阀盖限位肩1-5与阀盖矩形键2-1抵接。
所述阀盖2包括：阀盖主体、矩形键2-1和阳极板2-2，所述阀盖主体的一侧安装有矩形键2-1，所述矩形键2-1通过阀盖限位槽1-6与阀体1滑动连接，所述阀盖主体一侧的表面上安装有阳极板2-2，所述阀盖主体上开设有阳极导线孔2-3。所述矩形键2-1、阀座限位槽1-4和阀盖限位槽1-6均设置有多个，优选为四个，且沿阀体1周向均匀设置。用于限制阀盖沿轴向运动外的其余自由度，阳极导线孔2-3用于供阳极导线穿过并与阳极板2-2连接。同样地，阴极导线孔4-3用于供阴极导线穿过并与阴极板4-2连接。上述金属电极需使用微米级超柔金线紧固于阀盖2和阀座4上，然后使用磁控溅射或喷金仪等气相沉积手段在阀盖2和阀座4与PVC gel阀芯3接触位置上沉积一层均匀、致密、导电率高且化学性质稳定的金属材料(铂、金或银等)，保证微型气动阀的装配精度和控制精度。
所述阀座4包括：阀座主体、扇形键4-1和阴极板4-2，所述阀座主体的一侧安装有扇形键4-1，所述扇形键4-1通过阀座限位槽1-4与阀体1抵接，所述阀座4一侧的表面安装有阴极板4-2，所述阀座主体上开设有阴极导线孔4-3。所述扇形键4-1设置有多个，优选为四个，数量与矩形键2-1、阀座限位槽1-4和阀盖限位槽1-6的数量一致，且沿阀体1周向均匀设置。扇形键4-1在微小尺度下，相比于两个矩形键，阀座4的扇形键4-1的外缘尺寸略大于与矩形键2-1配合的阀盖限位槽1-6，可保证扇形键与阀座限位槽1-4有更稳定的面接触，装配时，圆柱形PVC gel阀芯3的一面与阳极板2-2接触，同时与阀体1的内壁1-1保持同轴；阀座卡扣1-3和阀座限位槽1-4在装配阀座4时起到定位作用，扇形键4-1被固定在阀座限位槽1-4内，用于限制阀座4的轴向和径向位移，装配好后阴极板4-2与PVC gel阀芯3刚好接触。
所述连接件6包括：宝塔接头A6-1、定位台阶6-4、宝塔接头B6-6和连接件主体，所述连接件主体的顶端连接有宝塔接头A6-1，所述连接件主体的底端连接有宝塔接头B6-6；所述宝塔接头A6-1下侧连接件主体的内壁上开设有电源线通道A6-2，所述宝塔接头B6-6上侧连接件主体的内壁上开设有电源线通道B6-5，所述电源线通道A6-2下侧连接件主体的内壁上开设有凹槽6-3，用于安装弹簧挡圈5，所述电源线通道B6-5上侧连接件主体的内壁上安装有定位台阶6-4，用于与阀体1的一端抵接，限制阀体1的轴向相对移动。宝塔接头A6-1和宝塔接头B6-6分别位于微型气动阀的出口和入口，在装配过程中与气动管路内径过盈配合，确保气密性；电源线通道A6-2和电源线通道B6-5为PVC gel阀芯3两侧的电源线提供通道，电源线穿过后需固定、密封，本发明中的微型气动阀可在电压信号的控制下调整阀体内部的气体流量。
另外，可使用分步泄压的方式，串联多个微型气动阀，协同控制管路内部流量，提高执行效率和载荷能力。
本发明结构简单，使用方便，所述PVC gel阀芯3为圆柱形的PVC gel，是通过浇铸法制作成直径略小于阀体内径的亚毫米级至毫米级圆柱形结构。可在电场力作用下发生电致动变形(电润湿效应)，其体积几乎不可压缩。当圆柱形PVC gel阀芯3上下两个端面与电极板接触并通电时，PVC gel阀芯3向阳极板2-2蠕动变形，两侧电极之间的距离减小，PVCgel阀芯3截面积增大，形成近似于圆台形结构(阳极板2-2一侧为底)。当PVC gel阀芯3的截面直径小于毫米级尺度，发生显著的尺寸效应，PVC gel阀芯3的径向变形与截面直径之间的比值将大于100％。
电源断电状态下，PVC gel阀芯3的形状为圆柱形(气路—开)；电源通电，PVC gel阀芯3发生蠕动变形，形状变为类圆台形，轴向收缩，阀盖2与阀座4之间距离减小，同时PVCgel阀芯3径向膨胀，阀体1的流通面积发生变化(气路—开)；随着电压的提高，PVC gel阀芯3的变形程度增加，阀体1的流通面积逐渐减小，直至流通面积为零气动管路完全关闭，电压继续升高，微型气动阀的承载能力增加(气路—关)。同样地，随着电源电压的降低，PVC gel阀芯3的变形程度减小，阀体1的流通面积逐渐增大，断电后，PVC gel阀芯3恢复原状，此时气动管路完全连通。
因此，本发明具有结构简单、体积小、质量轻、响应速度快，便于气动机器人执行系统的小型化和轻量化的优点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种微型气动阀，其特征在于，包括：阀体(1)、阀盖(2)、PVC gel阀芯(3)、阀座(4)、弹簧挡圈(5)和连接件(6)；所述阀体(1)安装在连接件(6)的内部，所述阀盖(2)滑动连接在阀体(1)的一端，所述阀座(4)抵接在阀体(1)的另一端，所述PVC gel阀芯(3)放置在阀盖(2)与阀座(4)之间，且一端与阀盖(2)抵接，另一端与阀座(4)抵接，所述弹簧挡圈(5)安装在连接件(6)的内部，所述弹簧挡圈(5)与阀体(1)的一端抵接，所述连接件(6)与机器人的气动管路连通。
2.根据权利要求1所述的一种微型气动阀，其特征在于，所述阀体(1)包括：内壁(1-1)、外壁(1-2)和阀座卡扣(1-3)，所述外壁(1-2)与连接件(6)滑动连接，所述外壁(1-2)上沿竖直方向开设有阀盖限位槽(1-6)，所述阀盖限位槽(1-6)的一端为阀盖限位肩(1-5)，另一端设置有阀座卡扣(1-3)，所述阀盖限位槽(1-6)的两侧沿水平方向开设有阀座限位槽(1-4)。
3.根据权利要求2所述的一种微型气动阀，其特征在于，所述阀盖(2)包括：阀盖主体、矩形键(2-1)和阳极板(2-2)，所述阀盖主体的一侧安装有矩形键(2-1)，所述矩形键(2-1)通过阀盖限位槽(1-6)与阀体(1)滑动连接，所述阀盖主体一侧的表面上安装有阳极板(2-2)，所述阀盖主体上开设有阳极导线孔(2-3)。
4.根据权利要求2所述的一种微型气动阀，其特征在于，所述阀座(4)包括：阀座主体、扇形键(4-1)和阴极板(4-2)，所述阀座主体的一侧安装有扇形键(4-1)，所述扇形键(4-1)通过阀座限位槽(1-4)与阀体(1)抵接，所述阀座(4)一侧的表面安装有阴极板(4-2)，所述阀座主体上开设有阴极导线孔(4-3)。
5.根据权利要求1所述的一种微型气动阀，其特征在于，所述连接件(6)包括：宝塔接头A(6-1)、定位台阶(6-4)、宝塔接头B(6-6)和连接件主体，所述连接件主体的顶端连接有宝塔接头A(6-1)，所述连接件主体的底端连接有宝塔接头B(6-6)；所述宝塔接头A(6-1)下侧连接件主体的内壁上开设有电源线通道A(6-2)，所述宝塔接头B(6-6)上侧连接件主体的内壁上开设有电源线通道B(6-5)，所述电源线通道A(6-2)下侧连接件主体的内壁上开设有凹槽(6-3)，用于安装弹簧挡圈(5)，所述电源线通道B(6-5)上侧连接件主体的内壁上安装有定位台阶(6-4)，用于与阀体(1)的一端抵接。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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