CN101832307A - 一种无摩擦平衡油缸 - Google Patents

Abstract

一种无摩擦平衡油缸，包括缸体及安装在缸体端部的下缸盖，在缸体的另一侧端部安装有上缸盖，上缸盖内侧安装导向套，在缸体内腔设有活塞以及与活塞固定连接的活塞杆，活塞杆的另一端穿过导向套和上缸盖的内孔伸出缸体，在下缸盖上开设有有进油口，缸体上设置另一进油口和出油口，在导向套上设计有分油环和出油孔，导向套内孔直径与活塞杆外径配40～80μm间隙，缸体内径与活塞外径配0.0006～0.001D的间隙，D为公称直径。本发明采用活塞处静压支撑及活塞杆处泄漏原理，实现了无密封设计，消除了因密封元件造成的摩擦，提高了被平衡运动部件的运动稳定性和动态响应性，同时可获得较高的运动速度。

Description

一种无摩擦平衡油缸

技术领域

本发明涉及一种无摩擦平衡油缸，具体涉及一种适用于高速高精度机床竖直运动部件重力平衡的低阻尼、无摩擦平衡油缸。

背景技术

为了提高立式及龙门式机床竖直运动轴的动态特性，减小其驱动电机的功率，通常需要对竖直运动部件的重力进行平衡，现有的机床主要采用两种平衡方法。一种是重物配重平衡法，即按运动部件的重量配以同等重量的平衡块，这种方法结构简单，工作可靠，但是重物配重平衡需占用较大的安装空间，对于竖直轴叠加在水平轴上的机床，还明显增加了水平轴的重量，提高了对水平轴驱动电机的功率需求，影响了其动态特性。另一种方法是液压或气压平衡方法，实际应用中以液压平衡居多，采用液压油缸来平衡重力，但是液压油缸的活塞与缸壁之间及活塞杆与缸盖之间都装有密封元件，具有较大的摩擦，会影响竖直轴运动的平稳性和灵敏性。肖金陵等人在《液体静压技术在伺服油缸中的应用》(《机床与液压》1994年第1期)中介绍了一种利用圆锥静压轴承实现的液压油缸，该油缸在活塞与缸壁之间存在油膜将活塞浮起，有效减小了活塞与缸壁之间的摩擦。该油缸也可用于重力平衡，但其活塞杆与缸盖之间仍然有密封元件引入摩擦，另外该油缸使用时，液压油须通过油膜间隙从进油腔流入出油腔，由于油膜的流阻很大，制约了缸内液压油的流速，从而限制了活塞的运动速度，尤其在活塞朝向进油腔运动时，较大的运动速度是无法实现的。所以当该油缸应用于高速高精度数控机床中竖直运动组件的重力平衡时，竖直轴的运动速度会受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种无摩擦、可实现高速运动，并且在多油缸并联使用时同步性能好的适用于高速高精度机床的无摩擦平衡油缸。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括缸体及安装在缸体端部的下缸盖，缸体与下缸盖之间设置密封圈，在缸体的另一侧端部安装上缸盖，上缸盖内侧安装导向套，导向套与缸体之间设置密封圈，在缸体内腔设有活塞，锁紧螺母将活塞压紧固定在活塞杆端部，活塞杆的另一端通过导向套和上缸盖的内孔伸出缸体，在活塞杆与导向套之间设置毡圈挡油。

本发明的下缸盖设置进油口，缸体上设置另一进油口和出油口，在导向套上设计有分油环和出油孔，导向套内孔直径与活塞杆外径配40～80μm间隙，缸体内径与活塞外径配0.0006～0.001D的间隙，D为缸体内径，活塞两端设计小于1°的锥度。

本发明中液压系统设计为，下缸盖上的进油口和缸体上的进油口连通，在入口处设置蓄能器，在蓄能器之前依次设置截止阀和单向阀，在截止阀和单向阀之间设置溢流阀，压力油通过单向阀进入系统，缸体上的出油口与油箱连接，在出油口到油箱的管路上设置截止阀。

本发明的活塞和导向套采用铜为材料，下缸盖、缸体、活塞杆和上缸盖采用不锈钢为材料。

本发明采用活塞处静压支撑及活塞杆处泄漏原理，实现了无密封设计，消除了因密封元件造成的摩擦，提高了被平衡运动部件的运动稳定性和动态响应性，同时可获得较高的运动速度。本发明所述平衡油缸可并联使用，可将各油缸的进油口连通，将压力油引入。由于油缸无摩擦且各油缸连通，可保证不同油缸具有很好的同步性。

附图说明

图1为本发明无摩擦平衡油缸的结构示意图。

图2为图1所示的A-A向剖视图。

图3为图1所示的B-B向剖视图。

图4为本发明中活塞的剖视图。

图5为本发明无摩擦平衡油缸的液压系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，2，3，4，本发明包括缸体3及安装在缸体3端部的下缸盖1，缸体3与下缸盖1之间设置密封圈2，在缸体3的另一侧端部安装上缸盖8，上缸盖8内侧安装导向套9，导向套9与缸体3之间设置密封圈7，在缸体3内腔设有活塞5，锁紧螺母4将活塞5压紧固定在活塞杆6端部，活塞杆6的另一端通过导向套9和上缸盖8的内孔伸出缸体3，在活塞杆6与导向套9之间设置毡圈10挡油。在下缸盖设置进油口1a，缸体3上设置另一进油口3a和出油口3b，在导向套9上设计有分油环9a和出油孔9b，导向套9内孔直径与活塞杆6外径配40～80μm间隙，缸体3内径与活塞5外径配0.0006～0.001D的间隙，D为公称直径，活塞5两端的锥度θ小于1°。

参见图5，本发明的工作原理如下，下缸盖1上的进油口1a和缸体3上的进油口3a连通，在入口处设置蓄能器，在蓄能器之前依次设置截止阀和单向阀，在截止阀和单向阀之间设置溢流阀，压力油通过单向阀进入系统，缸体3上的出油口3b与油箱连接，在出油口3b到油箱的管路上设置截止阀。

当机床工作时，同时打开进油路的截止阀和回油路的截止阀，不小于工作压力的压力油通过单向阀并经溢流阀调压后再通过截止阀进入油缸，溢流阀的额定压力设为工作压力，由于活塞杆6与导向套9之间间隙处流阻很大，所以活塞杆6带出的压力油会从导向套9上设置的分油环9a分流，经过出油孔9b和缸体3上的出油口流出油缸，而不会在上缸盖8处产生泄漏。当机床停止工作时，关断进油路的截止阀和回油路的截止阀，由蓄能器实现油缸内保压，减小机床停机时竖直轴丝杠所受的静载荷，避免其静载拉伸。

若缸体3内径为D，活塞杆外径为d，工作压力为p，则油缸可平衡的重力

G＝pπ(D²-d²)/4

本发明特别适用于具有竖直运动轴的高速高精度数控机床。

Claims (3)

1.一种无摩擦平衡油缸，包括缸体(3)及安装在缸体(3)端部的下缸盖(1)，缸体(3)与下缸盖(1)之间设置密封圈(2)，在缸体(3)的另一侧端部安装有上缸盖(8)，上缸盖(8)内侧安装导向套(9)，导向套(9)与缸体(3)之间设置密封圈(7)，在缸体(3)内腔设有活塞(5)以及与活塞(5)固定连接的活塞杆(6)，活塞杆(6)的另一端穿过导向套(9)和上缸盖(8)的内孔伸出缸体(3)，在活塞杆(6)与导向套(9)之间设置有毡圈(10)，在下缸盖(1)上开设有有进油口(1a)，缸体(3)上设置另一进油口(3a)和出油口(3b)，在导向套(9)上设计有分油环(9a)和出油孔(9b)，导向套(9)内孔直径与活塞杆(6)外径配40～80μm间隙，缸体(3)内径与活塞(5)外径配0.0006～0.001D的间隙，D为缸体(3)内径，活塞(5)两端设计小于1°的锥度。

2.根据权利要求1所述的无摩擦平衡油缸，其特征在于，所述的下缸盖(1)上的进油口(1a)和缸体(3)上的进油口(3a)连通，在入口处设置蓄能器，在蓄能器之前依次设置截止阀和单向阀，在截止阀和单向阀之间设置溢流阀，压力油通过单向阀进入缸体(3)，缸体(3)上的出油口(3b)与油箱连接，在出油口(3b)到油箱的管路上设置截止阀。

3.根据权利要求1或2所述的无摩擦平衡油缸，其特征在于，所述的活塞(5)和导向套(9)由铜制材料，下缸盖(1)、缸体(3)、活塞杆(6)和上缸盖(8)采用不锈钢材料。

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