貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置及其驅(qū)動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置及其驅(qū)動方法，屬于噴水推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]噴水推進(jìn)裝置是利用推進(jìn)栗噴出水流的反作用力產(chǎn)生推進(jìn)力，進(jìn)而實現(xiàn)運動輸出的微型推進(jìn)器。栗作為推進(jìn)裝置的動力源在噴水推進(jìn)技術(shù)中居于重要的地位，目前噴水推進(jìn)裝置中采用的推進(jìn)栗主要是軸流栗、混流栗和離心栗，此種動力栗存在功率密度低、抗干擾能力差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點，使得噴水推進(jìn)技術(shù)很難滿足當(dāng)前機器人、小型探測、精密儀器等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的壓電栗是典型的微小型驅(qū)動裝置，具有易于微型化、動態(tài)響應(yīng)快、抗電磁干擾等特點。近年來，以壓電栗作為噴水推進(jìn)裝置動力源實現(xiàn)運動輸出的研究，受到了廣泛的關(guān)注。與傳統(tǒng)噴水推進(jìn)裝置相比，因其具有功率密度高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、驅(qū)動力大等技術(shù)優(yōu)勢，在微量噴射、軍事探測、水下機器人等技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
[0003]中國實用新型專利《微型噴水推進(jìn)栗》，授權(quán)公告號為CN 200989293 Y，授權(quán)公告日為2007年12月12日，公開的一種微型噴水推進(jìn)栗，主要由栗體、栗腔、壓電振子組成，以壓電振子為驅(qū)動元件，壓電振子由其周邊的彈性元件支撐在栗體與封蓋之間構(gòu)成的腔體內(nèi)，栗體上設(shè)有入口流道和出口流道，入口流道對應(yīng)的閥腔軸線與出口流道軸線處于同一平面且相互垂直，入口處采用橡膠截止閥作為入口閥，出口即是噴口，噴口處不設(shè)閥，與外界常通，由栗腔、閥腔和噴口組成的栗內(nèi)腔體為不封閉腔體；中國實用新型專利《壓電噴水推進(jìn)裝置》，授權(quán)公告號為CN 202574604 U，授權(quán)公告日為2012年05月07日，公開的一種壓電噴水推進(jìn)裝置，其上蓋和栗體固定連接，壓電振子周邊用上彈性橡膠圈、下彈性橡膠圈支撐，并與上蓋形成栗腔，該上蓋與栗體間有密封圈，栗體上設(shè)有入水口一和入水口二，在壓電振子與兩個入水口間設(shè)有閥腔，在入水口一和入水口二處分別固定連接傘形橡膠閥一和傘形橡膠閥二，兩個入水口間開有出水噴口，出水噴口與外界直接相連。
[0004]上述幾種實現(xiàn)方式的壓電噴水推進(jìn)裝置，其雖能在一定激勵電信號作用下，通過流體的吸入與噴出過程實現(xiàn)裝置的推進(jìn)運動輸出，但該實現(xiàn)方式的壓電噴水推進(jìn)裝置存在驅(qū)動力小、功率密度低等技術(shù)問題，限制了其在微量噴射、軍事探測、水下機器人等技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決當(dāng)前壓電噴水推進(jìn)裝置存在驅(qū)動力小、功率密度低等技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置及其驅(qū)動方法。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:所述貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置由閥用單晶片、閥用金屬基板、端蓋、支撐橡膠圈、密封圈、腔體、緊固螺栓、栗用驅(qū)動組件、放大膜片、夾緊塊、栗用金屬基板、前端蓋和緊固螺釘組成。
[0007]所述閥用單晶片為43激振模式圓形壓電陶瓷片，沿厚度方向極化，所述閥用單晶片一側(cè)端面與閥用金屬基板膠粘連接，所述閥用單晶片的通電導(dǎo)線通過端蓋上的導(dǎo)線孔引出。所述閥用金屬基板為金屬彈性體結(jié)構(gòu)，布置于閥腔的內(nèi)階梯圓環(huán)面上，且通過支撐橡膠圈夾持固定安裝于端蓋與腔體之間。所述端蓋的水平側(cè)面設(shè)置有內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，所述端蓋內(nèi)腔壁上設(shè)置有導(dǎo)線孔結(jié)構(gòu)，所述端蓋的水平側(cè)面還設(shè)置有圓環(huán)槽結(jié)構(gòu)，所述端蓋的水平側(cè)面還設(shè)置有密封環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，所述端蓋的水平側(cè)面還設(shè)置有四個通孔結(jié)構(gòu)，所述端蓋的垂直側(cè)面一側(cè)設(shè)置有兩個內(nèi)螺紋孔結(jié)構(gòu)，所述端蓋的垂直側(cè)面一側(cè)還設(shè)置有密封環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，所述端蓋垂直側(cè)面一側(cè)還設(shè)置有半圓形通孔結(jié)構(gòu)，所述半圓形通孔的內(nèi)側(cè)面與腔體一側(cè)面膠粘密封，所述半圓形通孔的端面與另一端蓋半圓形通孔的端面膠粘密封。所述支撐橡膠圈與密封圈均為圓環(huán)結(jié)構(gòu)彈性體。所述腔體設(shè)置有閥腔結(jié)構(gòu)，所述腔體還設(shè)置有內(nèi)階梯圓環(huán)面結(jié)構(gòu)，所述腔體還設(shè)置有圓環(huán)槽結(jié)構(gòu)，所述腔體還設(shè)置有密封環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，所述腔體還設(shè)置有閥腔入水口結(jié)構(gòu)，所述閥腔入水口設(shè)置有閥用主動閥座結(jié)構(gòu)，所述腔體還設(shè)置有栗腔入水口結(jié)構(gòu)，所述腔體還設(shè)置有栗腔出水口結(jié)構(gòu)，所述栗腔出水口設(shè)置有栗用主動閥座結(jié)構(gòu)，所述栗腔出水口內(nèi)壁設(shè)置有疏水結(jié)構(gòu)。所述栗用驅(qū)動組件包括前匹配桿、通電電極片、環(huán)形壓電陶瓷片、后匹配桿、絕緣套筒和矩形壓電陶瓷片；所述前匹配桿為階梯圓柱狀彈性體結(jié)構(gòu)，其小徑一側(cè)端部設(shè)置有外螺紋結(jié)構(gòu)，靠近外螺紋結(jié)構(gòu)一側(cè)設(shè)置有光滑外圓周表面結(jié)構(gòu)，所述前匹配桿大徑一側(cè)外圓周表面沿圓周方向均勻設(shè)置有2個外平面結(jié)構(gòu)；所述通電電極片為設(shè)置有凸耳結(jié)構(gòu)的圓環(huán)形銅片；所述環(huán)形壓電陶瓷片為2片43激振模式的圓環(huán)形壓電陶瓷片，所述2片環(huán)形壓電陶瓷片均沿厚度方向分成兩區(qū)極化，所述2片環(huán)形壓電陶瓷片的絕緣區(qū)域相互平行布置，所述2片環(huán)形壓電陶瓷片的正極化面與正極化面相對布置，且負(fù)極化面與負(fù)極化面相對布置；所述后匹配桿為圓柱結(jié)構(gòu)彈性體，其一側(cè)端部中心位置設(shè)有內(nèi)螺紋孔結(jié)構(gòu)，另一側(cè)端面與栗用金屬基板膠粘連接；所述絕緣套筒為圓環(huán)狀絕緣體，其布置于前匹配桿的光滑外圓周表面上；所述矩形壓電陶瓷片為2片^激振模式的矩形壓電陶瓷片，且其均沿厚度方向極化，所述2片矩形壓電陶瓷片的形變方向均與前匹配桿的中心軸線平行，所述2片矩形壓電陶瓷片與前匹配桿的外平面結(jié)構(gòu)膠粘連接；所述通電電極片與環(huán)形壓電陶瓷片相互間隔布置于絕緣套筒上，所述通電電極片與矩形壓電陶瓷片的通電導(dǎo)線通過前端蓋上的導(dǎo)線孔引出。所述放大膜片為圓形彈性體結(jié)構(gòu)，布置于夾緊塊一側(cè)端面的圓形槽內(nèi)。所述夾緊塊一側(cè)端面中心位置設(shè)有通孔結(jié)構(gòu)，所述夾緊塊一側(cè)端面還設(shè)置有圓形槽結(jié)構(gòu)，所述夾緊塊一側(cè)端面還設(shè)置有密封環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，所述夾緊塊另一側(cè)端面設(shè)置有圓環(huán)槽結(jié)構(gòu)，所述夾緊塊另一側(cè)端面還設(shè)置有密封環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，所述夾緊塊另一側(cè)端面四周還設(shè)置有四個通孔結(jié)構(gòu)。所述栗用金屬基板為金屬彈性體結(jié)構(gòu)，布置于前端蓋的內(nèi)階梯圓環(huán)面上，且通過支撐橡膠圈夾持固定安裝于前端蓋與夾緊塊之間，所述栗用金屬基板的一側(cè)端面與栗用驅(qū)動組件膠粘連接。所述前端蓋設(shè)置有內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，所述前端蓋內(nèi)腔壁上設(shè)置有導(dǎo)線孔結(jié)構(gòu)，所述前端蓋一側(cè)端面設(shè)置有內(nèi)階梯圓環(huán)面結(jié)構(gòu)，所述前端蓋一側(cè)端面還設(shè)置有圓環(huán)槽結(jié)構(gòu)，所述前端蓋一側(cè)端面還設(shè)置有密封環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，所述前端蓋另一側(cè)端面設(shè)置有四個沉頭通孔結(jié)構(gòu)。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:施加交流激勵電信號于閥用單晶片與栗用驅(qū)動組件，分別激發(fā)使其產(chǎn)生縱向伸縮變形和離心力，致使閥腔和栗腔容積交替變化，完成流體的吸入與噴出，在噴水的反作用力下，實現(xiàn)裝置的推進(jìn)運動輸出。本發(fā)明具有驅(qū)動力大、功率密度高等技術(shù)優(yōu)勢，在微量噴射、軍事探測、水下機器人等技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0009]圖1所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置的剖視圖；
圖2所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置的側(cè)視圖；圖3所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置端蓋的俯視圖；
圖4所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置端蓋的A-A向剖視圖；
圖5所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置端蓋的側(cè)視圖；
圖6所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置腔體的剖視圖；
圖7所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置腔體中出水口疏水結(jié)構(gòu)的局部放大圖；
圖8所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置腔體的俯視圖；
圖9所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置腔體的側(cè)視圖；
圖10所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置栗用驅(qū)動組件的剖視圖；
圖11所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置栗用驅(qū)動組件中前匹配桿的主視圖；
圖12所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置栗用驅(qū)動組件中前匹配桿的側(cè)視圖；
圖13所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置栗用驅(qū)動組件中環(huán)形壓電陶瓷片與通電電極片的布置方式示意圖；
圖14所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置栗用驅(qū)動組件中后匹配桿的剖視圖；
圖15所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置栗用驅(qū)動組件中后匹配桿的側(cè)視圖；
圖16所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置栗用驅(qū)動組件中絕緣套筒的剖視圖；
圖17所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置夾緊塊的主視圖；
圖18所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)裝置夾緊塊的B-B向剖視圖；
圖19所示為本發(fā)明提出的一種貼片夾心縱彎復(fù)合激振主動型噴水推進(jìn)