薄膜式小行程压力发生器 |
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| 申请号 | CN201410749588.0 | 申请日 | 2014-12-10 | 公开(公告)号 | CN104454684A | 公开(公告)日 | 2015-03-25 |
| 申请人 | 南京工程学院; | 发明人 | 杨小兰; 崔倩; 刘极峰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 薄膜 式小行程压 力 发生器，包括两个相互平行的刚性平板一、刚性平板二、柔性材料制成的薄膜，刚性平板一、刚性平板二相向的两面分别为A`面、B`面，A`面、B`面分为三个区域：与薄膜或液体始终 接触 的区域Ⅰ；与薄膜或液体始终不接触的区域Ⅱ；其它区域Ⅲ；区域Ⅰ和区域Ⅱ不连通，使薄膜单独或与刚性平板共同形成 密闭空间 ，两刚性平板和薄膜形成了一个密闭的空间，经一通道进出这一密闭空间，使密闭空间的液体体积和压强变化，产生压力；该装置改变了常用压力发生器用于小行程大压力时功能多余、价格高、体积大的缺点，结构简单，容易维修，可以用 水 作介质，在需要的压力小时，可以用空气作为介质。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种薄膜式小行程压力发生器，其特征在于：包括两个相互平行的刚性平板一、刚性平板二、柔性材料制成的薄膜，刚性平板一、刚性平板二相向的两面分别为A`面、B`面，两刚性平板可作垂直于A`面的相对运动； |
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| 说明书全文 | 薄膜式小行程压力发生器技术领域[0001] 本发明涉及一种薄膜式小行程压力发生器。 背景技术[0002] 压力发生器多用于材料的压力加工。通常用液压，螺旋，冲击等方式产生需要的压力。这些技术可以很好地满足需要。但是，对于很大压力很小行程的需要，通常的压力机械有以下缺点：1.功能多余；2.价格高；3.体积大。另外一些产生压力的装置如汽车的安全气囊，救护用的气囊等由于表面曲率半径太大不能承受大的压强。 发明内容[0004] 本发明的技术解决方案是：一种薄膜式小行程压力发生器，包括两个相互平行的刚性平板一、刚性平板二、柔性材料制成的薄膜，刚性平板一、刚性平板二相向的两面分别为A`面、B`面，两刚性平板可作垂直于A`面的相对运动； A`面、B`面分为三个区域：与薄膜或液体始终接触的区域Ⅰ；与薄膜或液体始终不接触的区域Ⅱ；其它为区域Ⅲ；区域Ⅰ和区域Ⅱ不连通，薄膜仅在区域Ⅰ与刚性平板密封连接，连接的方法是粘接、法兰压紧连接，即薄膜与设有通道的刚性平板，在非通道区域，薄膜与刚性平板粘接；薄膜或通过螺钉、法兰压紧，使薄膜单独或与刚性平板共同形成密闭空间，两刚性平板和薄膜形成了一个密闭的空间，经一通道进出这一密闭空间，使密闭空间的液体体积和压强变化，产生压力。 [0006] 进一步地，薄膜与未设置通道的刚性平板的粘接面积为小于密闭空间的最大截面面积。 [0007] 进一步地，区域Ⅱ的截面为半圆或半椭圆。 [0008] 该薄膜式小行程压力发生器，A`面、B`面为互相平行的平面，采用不渗漏不易伸长的柔性薄膜，形成一个容纳液体的可变容积的密闭空间，以及用来向密闭空间注入液体的压力源和控制装置。两个刚性平板相向的两个面之间只有很小的距离。随着流体的注入，在内部压强的作用下，薄膜与平板不接触处的截面是一个半圆，其最大半径R略大于振幅A。随着流体的注入，密闭空间内的压强和容积将发生变化，从而产生压力和位移，薄膜的应力与成R和流体压强P成正比，故当R足够小时就可以满足需要的压强。另外，薄膜材料的厚度很小，因此可以产生反复的弯曲而不产生疲劳破坏。此装置可以满足小行程的需要。用几个这样的装置串联可以增大行程。 [0009] 针对现有技术在需要压力大，行程小的场合的缺点，本发明提出一种薄膜式小行程压力发生器。薄膜与A`面、B`面不全接触，不接触部分可以自由弯曲。在内部压强的作用下，薄膜边缘处将向外凸出，其截面形成一个半圆。其半径等于R当注入的流体体积增大时，R将增大，即输出一个运动。当两刚性构件的相对运动的阻力增大时，密闭空间内的压强将增大，从而输出一个力。本发明的特殊之处在于行程很小，薄膜边缘处的曲率半径也很小，从而可以允许较大的压强。压强的计算公式是：P=σ/R=2σ/C.其中σ是薄膜材料单位长度的拉力，按现有薄膜材料的强度，在R=0.01米时，压强可以达到10MP\S^a。另外，薄膜材料的厚度很小，从而可经受反复的弯曲而不损害。 [0010] 本发明的有益效果是：该种薄膜式小行程压力发生器，改变了常用压力发生器用于小行程大压力时功能多余、价格高、体积大的缺点，结构简单，容易维修，可以用水作介质，在需要的压力小时，可以用空气作为介质。附图说明 [0011] 图1是本发明实施例的结构示意图；图2是实施例薄膜与刚性平板二法兰固定的结构示意图； 图3是实施例通过泵连接蓄液池的结构示意图； 图4是实施例应用与压力机的结构示意图； 其中：1-小齿轮，2-电动机，3-复合轮，4-上滑块，5-弹性挡圈，6-立柱，7-下滑块7， 8-薄膜，9-底座，10-链轮，11-电机座，12-链条，13-安全阀，14-管道，15-泵，16-截止阀， 17-蓄液池，18-刚性平板一，19-刚性平板二。 具体实施方式[0012] 下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。实施例 [0013] 为满足大压力小行程的需要，实施例利用薄膜8在曲率半径很小时可承受较大压强的原理，通过泵15向薄膜8内注入液体使薄膜8的厚度增大而产生小位移并产生压力。它没有活塞，从而克服了液压缸泄漏，磨损，耗能高等缺点，它的主要部分由平行放置的两个刚性平板，与两平板密封连接的用不泄漏，不易伸长的柔性材料制成的薄膜8组成，三者形成了一个可变容积的密闭的空间，液体可以经一通道进出这一密闭空间，在内部压强作用下，薄膜8的自由边缘处形成了曲率半径很小的曲面，此处应力最大，其它部分因为与刚性平板接触而应力较小。薄膜8的面积比起液压缸很大，因此很小的压强就可以产生很大的压力。为了工件的进出，实施例设计了在无压力状态下增大空间的机构。 [0014] 薄膜式小行程压力机，包括底座9、四个相互平行的立柱6、上滑块4、下滑块7、升降装置、薄膜式压力发生器，底座9与立柱6固定连接，下滑块7沿立柱6上下滑动，薄膜式压力发生器在底座9与下滑块7之间，如图4。 [0015] 薄膜式压力发生器由两个相互平行的刚性平板一18、刚性平板二19、用不渗漏不易伸长的柔性材料制成的薄膜8组成，如图1、图2、图3，刚性平板一18、刚性平板二19相向的两面分别为A`面、B`面，A`面、B`面的距离很小，不超过30mm，两刚性平板可作垂直于A`面的相对运动。 [0016] A`面、B`面可分为三个区域：与薄膜8或液体始终接触的区域Ⅰ； 与薄膜8或液体始终不接触的区域Ⅱ； 其它区域Ⅲ。 [0017] 区域Ⅰ和区域Ⅱ不连通，薄膜8仅在区域Ⅰ与刚性平板密封连接，连接的方法是粘接、法兰压紧连接或仅仅接触而不固定，即与设有通道的刚性平板，在非通道区域，薄膜8与刚性平板粘接，如图1，或通过螺钉、法兰压紧，如图2，使薄膜8单独或与刚性平板共同形成密闭空间，而薄膜8与另一刚性平板可以部分粘接或仅仅接触而不固定，使刚性平板能够垂直于A`面活动。 [0018] 两刚性平板和薄膜8形成了一个密闭的空间，液体经一通道进出这一密闭空间，使密闭空间的液体体积和压强变化，产生刚性平板的位移和振动力。所用的液体通常是水。 [0019] 底座9与四个立柱6固定连接，下滑块7上有四个孔与立柱6外圆滑动配合，薄膜8发生器除泵15、管道14、截止阀16、安全阀13、蓄液池17外安装在底座9上平面与下滑块7的下平面之间，上滑块4、减速电动机2、电机座11、一个复合轮3、三个链轮10、螺母体链条12、弹性挡圈5、立柱6共同组成了升降装置。链轮10螺母体由上部的链轮10和一个圆筒组成。圆筒的内螺纹与立柱6的外螺纹啮合，它的外圆与上滑块4的孔滑动配合。圆筒的下部有一截面为矩形的环形沟槽，沟槽内安装有一个弹性挡圈5，弹性挡圈5的上平面到圆筒的最上端的距离略大于上滑块4的厚度。复合轮3除在链轮10的上平面固定一个大齿轮外，与链轮10螺母体相同。安装有小齿轮1的减速电动机2通过电机座11固定在上滑块4的上平面。小齿轮1与大齿轮啮合，链条12与四个链轮10啮合。电动机2旋转时，通过上述机构时四个螺母同向旋转，带动除立柱6外的上述构件向上或向下运动，满足放入或取出工件的需要。 [0020] 在上升阶段，薄膜8内没有压力，阻碍螺母运动的是重力，比起工作压力，重力是很小的，所以，只需很小的动力就可以驱动螺母。在有压力时，螺母处于自锁状态，所以可以承受任意大的力而不动。上模固定在上滑块4的下平面，下模固定在下滑块7的上平面。工作时，首先时上滑块4向上运动，放入工件后，令上滑块4向下移动到位后停止，然后，液体注入薄膜8，使下滑块7向上移动。完成压制后，上滑块4向上移动到位后停止，然后取出工件。 [0021] 薄膜式小行程压力发生器，利用柔性薄膜8在曲率半径很小时可承受较大压强的原理，用两个平行的刚性平板与不渗透不易拉伸的材料制成的柔性薄膜8连接，薄膜8与两个平板形成了一个密闭空间。经一通道向这一密闭空间注入液体，在内部压强作用下，区域Ⅱ的截面是半圆。半径R约等于振幅A。薄膜8单位长度的应力σ=P/R。由此可见，只要R的最大值足够小，就可以满足强度要求。区域Ⅱ的应力不大于区域Ⅰ的应力。当密闭空间内的液体体积和压强变化时，就可以输出位移和力。为了满足放入和取出工件的需要，本发明设计了升降装置，在没有压力的状态下，可以用较小的动力完成上滑块4的升降，在有压力的状态下，利用螺纹的自锁使上滑块4能承受足够的压力。 |
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