[发明专利]一种微位移驱动开关阀

说明书

技术领域

本发明属于液压元器件领域，涉及一种微位移驱动开关阀。

背景技术

数字液压以其具有可靠性高、效率高、控制性能好、具有冗余回路、耗能低等优点，使其成为液压技术的发展趋势。高速开关阀是数字液压中的关键部件，常用的常采用微型电磁铁作为其电-机械转换器，芬兰坦佩雷理工大学为数字液压阀块研制的高速开关阀是这一原理的代表。为近一步提高开关阀的开关速度，新型的驱动材料(压电材料、磁致伸缩材料)被应用于电-机械转换器中，介这些材料的直接驱动位移在微米级，其必需经过位移放大才能就应用于阀的电-机械转换器中。

常用的位移放大机构原理有：杠杆位移放大、液压位移放大、三角原理位移放大。杠杆位移放大机构通常采用多级杠杆进行放大，其机构存在加工作难度大与参数确定较复杂等缺点；液压位移放大机构，虽然结构简单，但需要较好的密封设计，存在液体泄露影响位移放大等缺点。三角原理由于机构设计不巧妙，会存在放大倍数不够的问题。

新型的微位移驱动材料经过位移放大机构放大后，存在驱动力减少的问题。对于开关阀常用的锥阀结构，当阀芯结构设计不合理时，由于驱动力减少，很容易造成阀芯驱动力不足的问题，影响开关阀的功能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种微位移驱动开关阀。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种微位移驱动开关阀，包括微位移驱动器、微位移放大机构、开关阀阀芯组件和阀体基座；微位移放大机构采用由三个滚珠与两个三角斜面组合的三角放大原理对微位移驱动器输出的微位移进行放大；开关阀阀芯组件采用上下阀芯等径分离结构平衡液压力及方便阀芯的装配；阀体基座将微位移驱动器安装空间、微位移放大机构安装空间、开关阀阀芯组件安装空间整合为一体。

进一步地，所述微位移驱动器包括下部固定微调螺钉、下部垫块、微位移驱动元件；下部固定微调螺钉通过螺纹方式安装在阀体基座底部螺纹孔中，下部垫块安装在下部固定微调螺钉端面与微位移驱动元件之间，以使下部固定微调螺钉推力均匀作用在微位移驱动元件端面；微位移驱动元件的另一端与微位移放大机构底面接触，推动微位移放大机构在阀体基座中移动。

进一步地，所述微位移放大机构包括微位移驱动过渡块、第一侧边滚珠、中间滚珠、第二侧边滚珠、放大端驱动杆、下预紧蝶形弹簧、上预紧蝶形弹簧、预紧块、微位移放大机构预紧螺钉；微位移驱动过渡块底面与微位移驱动元件接触，其上表面分与第一侧边滚珠、中间滚珠、第二侧边滚珠接触；其中微位移驱动过渡块与第一侧边滚珠、第二侧边滚珠接触的表面处于同一平面，与中间滚珠接触表面略高于这一平面，高出距离为滚珠直径的1％；第一侧边滚珠、第二侧边滚珠分别与阀体基座的两个三角斜面接触，三角斜面倾斜角度在45°～60°之间；中间滚珠与第一侧边滚珠、第二侧边滚珠相切接触，同时中间滚珠顶端与放大端驱动杆底面接触，以推动放大端驱动杆；微位移驱动过渡块、第一侧边滚珠、中间滚珠、第二侧边滚珠、阀体基座的两个三角斜面的接触装配关系，构成微位移放大机构的三角放大原理，可以将微位移驱动元件的微米级位移放大为放大端驱动杆的毫米级位移输出；下预紧蝶形弹簧与上预紧蝶形弹簧安装在放大端驱动杆与预紧块之间；预紧块顶面与微位移放大机构预紧螺钉接触，通过微位移放大机构预紧螺钉的旋进推动预紧块，进而压缩下预紧蝶形弹簧、上预紧蝶形弹簧，调整预紧力，从而微调微位移驱动过渡块、第一侧边滚珠、中间滚珠、第二侧边滚珠、阀体基座的两个三角斜面的接触关系，保证三角放大原理的实现；预紧力通过微位移放大机构传递给微位移驱动器以满足微位移驱动元件的工作要求。

进一步地，假设中间滚珠、第一侧边滚珠、第二侧边滚珠的半径都为R；微位移驱动过渡块与中间滚珠接触面高于与第一侧边滚珠、第二侧边滚珠接触面的距离为d；阀体基座的两个三角斜面的倾斜角度为θ；微位移驱动元件的位移为x_p；放大端驱动杆放大后的位移为x_m则有如公式(1)的关系式；微位移放大机构的放大倍数K＝x_p/x_m；