CN102042281A

CN102042281A - 一种静压激振器油缸

Info

Publication number: CN102042281A
Application number: CN 201110004522
Authority: CN
Inventors: 陈章位; 文祥
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2031-01-11
Also published as: CN102042281B

Abstract

本发明公开一种静压激振器油缸，其活塞两端各固定连接一个活塞杆，各活塞杆伸出缸筒的内腔；静压轴承横截面呈圆环形，静压轴承外壁沿轴向间隔设有环形外油槽，静压轴承内壁沿轴向设有环形内油槽，各环形外油槽对应地与一个环形内油槽通过第一通孔连通；端盖沿轴向设有第二通孔；活塞杆各自对应地贯穿一个静压轴承，静压轴承各自与一个端盖固定连接，缸筒两端分别置于对应端盖的第二通孔的大孔内，两端盖间通过锁紧螺栓固定连接；各端盖壳体上设有进油孔和对应出油孔，相邻两个环形外油槽中的一个环形外油槽与对应的所述进油孔连通，另一个环形外油槽与对应的所述出油孔连通。本发明可抵抗较大侧向力，且减少活塞与静压轴承之间的摩擦。

Description

一种静压激振器油缸

技术领域

本发明涉及一种静压激振器油缸，可广泛应用于单自由度和多自由度液压振动台领域，并同时在一些航空航天产品以及冶金行业也有相关的应用。

背景技术

普通的伺服激振器油缸在液压振动台中广泛应用，对于超高频大推力液压振动台而言，激振器油缸的活塞和活塞杆一起作高速往复运动，同时还要承受较大的侧向力，使得活塞、活塞杆与油缸缸壁及密封的摩擦加剧，液压系统外泄漏量增加，因此试验重复性差。中国专利CN11877140A公开了一种静压支撑导向液压缸，它是将静压轴承的内壁开有四个矩形油腔，并沿轴向开有4个回油槽，因此油液进入油腔后，会沿轴向封油面和径向封油面同时回油，形成一定刚度的油膜，此设计能在一定程度上减小摩擦，但由于此设计存在径向回油，在活塞杆高频往复运动时，各个油腔之间存在窜油的现象，流体运动出现紊流的现象，因此活塞杆抗侧向力大大降低，还有可能出现“抱轴”现象，从而损坏油缸，不能满足高频大推力多自由度液压振动台的要求。随着高频大推力多自由度液压振动台的发展，振动系统控制精度要求越来越高，对伺服激振器油缸抗侧向力的要求越来越高，本发明可以满足实现油缸极小摩擦和较大抗侧向力的要求。目前为止，国内还未见采用该静压轴承结构的静压激振器油缸。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可抵抗较大侧向力且较大地减小静压轴承与活塞之间的摩擦力的静压激振器油缸。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：该静压激振器油缸包括缸筒和置于缸筒的内腔的活塞，所述活塞的两端各固定连接有一个活塞杆，所述各活塞杆伸出所述缸筒的内腔，此外，还包括锁紧螺栓、一对静压轴承和一对端盖，所述静压轴承的横截面呈圆环形，所述静压轴承的壁的外侧沿轴向间隔设有两个以上环形外油槽，所述静压轴承的壁的内侧沿轴向对应地间隔设有两个以上环形内油槽，每个环形外油槽对应地与一个环形内油槽通过设置于所述静压轴承的壁上的第一通孔连通；所述端盖沿轴向设有第二通孔，所述第二通孔沿轴向的截面呈阶梯状；所述活塞杆各自对应地贯穿一个所述静压轴承且相互形成间隙配合，所述静压轴承各自与一个所述端盖固定连接，所述静压轴承各自置于对应端盖的第二通孔的小孔内且相互形成过渡配合，所述缸筒的两端分别置于对应端盖的第二通孔的大孔内并相互形成密封支撑，且在所述活塞杆与对应端盖的第二通孔的中孔之间形成空腔以使所述活塞能由缸筒的内腔运动至该空腔内并与该空腔相互形成间隙配合；两个所述端盖之间通过锁紧螺栓固定连接；所述各端盖的壳体上设有进油孔和对应的出油孔，每相邻的两个环形外油槽中的一个环形外油槽与对应的所述进油孔连通，另一个环形外油槽与对应的所述出油孔连通。

进一步地，本发明所述用于连通每一个环形外油槽和对应的环形内油槽的第一通孔有两个，该两个第一通孔沿所述静压轴承的圆周方向成90°夹角。

进一步地，本发明所述进油孔为毛细管节流器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）本发明由于静压轴承的壁的内侧沿轴向设有两个以上环形内油槽，由此在相邻的两个环形内油槽之间形成轴向封油面结构，避免形成径向封油面，从而防止因各环形内油槽的油液串流而导致紊流的现象。此外，轴向封油面结构所形成的高压油使得液压振动台上的各本发明静压激振器油缸能够抵抗彼此之间相互影响所产生的侧向力，保护了各静压激振器油缸及液压振动台所构成的系统，且大大提高该系统的稳定性。同时，由于本发明的静压轴承可沿轴向设置多个环形内油槽，因此可以很方便地沿轴向增加内油槽的组数，从而提高对静压油缸的抗侧向力，实现本发明静压激振器油缸的柔性化生产和加工，且本发明静压激振器油缸结构紧凑、精巧。轴向封油面结构所形成的高压油使得油缸正常工作时，静压轴承与活塞之间被泵入的润滑油隔开一定间隙，因此静压轴承与活塞之间的摩擦属于纯液体摩擦、摩擦阻力极小、功率消耗小、振动效率高、液压振动台的波形复现效果、精度保持性好、且油缸寿命长。（2）本发明中静压轴承采用 “二次节流”(即先经过进油孔节流，再经过静压轴承的环形外油槽)的结构，大大减小了激振器油缸特别是端盖部分的尺寸，同时由于活塞的浮起是依靠外来油的压力来实现的，因此，在各种振动频率下，都具有较高的承载能力，频率变化对油膜刚度影响小。轴向封油面结构上形成的高压油具有良好的抗振性能和补偿误差的作用，能减少活塞与静压轴承因自身制造误差而带来的不利影响。（3）本发明的静压轴承的轴向封油面结构能使静压轴承在承载能力、油膜刚度、温升等方面满足轻载到重载各种机械设备的要求。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明静压激振器油缸的结构剖视示意图。

图2是本发明静压激振器油缸的外形示意图。

图3是本发明中端盖的结构示意图。

图4是本发明中端盖的结构剖视示意图。

图5是本发明中静压轴承的外形示意图。

图6是本发明中静压轴承的结构剖视示意图。

图7是图1的A-A剖视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做详细的阐述。

如图1至图7所示，本发明静压激振器油缸包括缸筒5和置于缸筒的内腔的活塞2。缸桶5和活塞2之间采用两道密封，可以显著提高密封效果。活塞2的两端各固定连接有一个活塞杆11和活塞杆12，活塞杆11和活塞杆12分别与活塞2以螺纹方式固定连接，活塞杆11、活塞杆12各自伸出缸筒5的内腔。静压轴承31通过螺栓181和螺栓182与端盖41固定连接；静压轴承32通过螺栓183和螺栓184与端盖42固定连接。如图5所示，静压轴承31、静压轴承32的横截面呈圆环形，静压轴承31和静压轴承32的壁的外侧沿轴向设有四个环形外油槽121、122、123、124，其中环形外油槽121、123为进油槽，同时还具有节流器的作用，因而大大减小了激振器油缸特别是端盖41、42的尺寸；环形外油槽122、124为回油槽，环形外油槽122、124与端盖41上的出油孔171、172、175、176连通，其中，各出油孔作为回油的通道。静压轴承31和静压轴承32的壁的内侧沿轴向对应地设有四个环形内油槽151、152、153、154，由此在相邻的两个环形内油槽之间形成轴向封油面结构131、132、133、134，避免形成径向封油面，从而防止因各环形内油槽的油液串流而导致紊流的现象。从进油孔71、72、75、76来的润滑油通过静压轴承31的环形外油槽122、124进入到內油槽152、154并通过封油面结构131、132、133、134形成高压油膜，使得活塞杆11浮起来；从进油孔73、74、77、78来的润滑油通过静压轴承32的环形外油槽122、124进入到內油槽152、154并通过轴向封油面结构131、132、133、134形成高压油膜，使得活塞杆12浮起来。因此，静压轴承41、42与对应的活塞杆11、12之间的摩擦属于纯液体摩擦、摩擦阻力极小。此外，如图5和图6所示，环形外油槽121与环形内油槽154通过设置于静压轴承的壁上的第一通孔114、118连通，环形外油槽122与环形内油槽153通过设置于静压轴承的壁上的第一通孔113、117连通，环形外油槽123与环形内油槽152通过设置于静压轴承的壁上的第一通孔112、116连通，环形外油槽124与环形内油槽151通过设置于静压轴承的壁上的第一通孔111、115连通，其中，第一通孔112、114、116、118用于进油，第一通孔111、113、115、117用于回油。需要说明的是，用于连通每个环形外油槽与对应的环形内油槽的第一通孔可以只有一个。

如图1、3、4所示，端盖41、42均沿轴向设有第二通孔10，第二通孔10沿轴向的截面呈阶梯状，使得第二通孔10由一端到另一端依次呈现出大孔83、中孔81、小孔85的结构。活塞杆11和12分别对应贯穿静压轴承31、32且与对应的静压轴承相互形成间隙配合，该间隙也就是静压激振器油缸正常工作时形成的油膜间隙16。静压轴承31与端盖41通过螺栓181、182固定连接，静压轴承32与端盖42通过螺栓183、184固定连接。静压轴承31置于端盖41的第二通孔10的小孔85的内壁内，且静压轴承31的外壁与小孔85的内壁形成过渡配合。缸筒5的两端分别置于端盖41、42的第二通孔10的大孔83内并与大孔83的内壁形成密封支撑。此外，在活塞杆11与端盖41的第二通孔10的中孔81之间形成空腔以使活塞2能由缸筒5的内腔运动至空腔81内并与空腔81相互形成间隙配合。端盖41与端盖42通过锁紧螺栓612、634固定连接，因而结构紧凑、受力均匀。

端盖41的壳体上开有进油孔71、72、75、76和出油孔171、172、175、176；端盖42的壳体上开有进油孔73、74、77、78和出油孔为173、174、177、178。如图4所示，端盖41上的进油孔72、出油孔175、进油孔71、出油孔176沿端盖41的轴向依次分布，同样，进油孔75、出油孔171、进油孔76、出油孔172沿端盖41的轴向依次分布，由此形成进油孔和出油孔交错分布的结构。如图2所示，端盖42上的进油孔77、78、73、74与对应的出油孔177、178、173、174之间也同样形成交错分布的结构。

其中，如图6所示，进油孔72、76与静压轴承的环形外油槽121连通，进油孔71、75与静压轴承31的环形外油槽123连通；出油孔172、176与环形外油槽122连通，出油孔171、175与环形外油槽124连通。环形外油槽121、环形外油槽122、环形外油槽123、环形外油槽124依次相邻。此外，如图5所示，用于连通静压轴承的环形外油槽121和环形内油槽154的第一通孔有两个，分别为第一通孔114、第一通孔118，且第一通孔114、118沿静压轴承的圆周方向成90°夹角。端盖41和端盖42的各进油孔起到毛细管节流器的作用，当然，各进油孔也可以直接使用毛细管节流器来替代。节流器是液体静压轴承系统中的重要器件，它正象电路系统中的电阻元件一样，因为它具有一定的液流阻尼，从而使得来自油泵的压力油产生压力降，起到压力油的调节作用，对于定压供油式静压轴承，轴承系统必须具有补偿元件，使轴承油腔中的油液压力能随着外界载荷的变化进行调节。

如图1至6所示，本发明的工作过程如下：来自油泵的一定压力的油经过进油孔71、72、75、76流入静压轴承31的环形外油槽121、123，并通过第一通孔121、123、114、112进入环形內油槽154、152，并通过轴向封油面结构131、132、133、134将活塞杆11浮起，然后通过环形內油槽151、153由第一通孔115、117、111、113流出到外油槽122、124，最后通过端盖41上的出油孔171、172、175、176流回油箱，此时压力为零。由于静压轴承只采用轴向封油面结构131、132、133、134而无径向封油面，可以防止径向的油液串流，避免导致紊流的现象，使静压激振器油缸具有优良的稳定性。本发明静压激振器油缸为双出杆形式，因此在油缸两端分别布置有静压轴承41、42、大大增强了油缸抗侧向力的能力。

如图5和图6所示，作为本发明的优选实施方式，第一通孔114、118沿静压轴承的圆周方向成90°夹角，此处第一通孔114、118用作进油；并且，第一通孔113、117沿静压轴承的圆周方向成90°夹角，此处第一通孔113、117用作出油。第一通孔114、118沿静压轴承的圆周方向成90°夹角且第一通孔113、117沿静压轴承的圆周方向成90°的目的是：提高静压轴承31油膜建立速度，同时通过旋转静压轴承31，改变起节流作用的环形外油槽121、123的弧长，从而改变进油液阻，提高了激振器油缸的稳定性，同时，为了提高静压激振器油缸抗侧向力，可以在静压轴承31、32外壁和内壁成对地增加外油槽数、内油槽数，以及端盖上与之对应的进油孔和出油孔数。静压轴承的外壁设有环形外油槽121、123的主要目的是对流入油腔的油液起节流的作用，既可以配合进油孔71、72、75、76起到调压的作用，同时由于环形外油槽121、123起到了节流作用，因而可以大大减小激振器油缸端盖的尺寸。根据油缸活塞受灾情况的不同（例如为阶跃载荷或脉动循环载荷），可以在静压轴承31、32的内壁增加环形内油槽的数量，环形内油槽的数量可以是奇数或偶数。对于多自由度液压振动台而言，本发明静压激振器油缸采用两个静压轴承31、32支撑，既能满足系统稳定性和控制精度的需要，又能使结构简单，加工工艺性能好。

如图1、图2、图7所示，在忽略活塞杆自重的情况下，当活塞杆11承受水平向左的外加载荷W作用时，活塞杆11就顺着载荷W的方向移动e的距离，若活塞11与静压轴承31在空载时存在间隙16，则外加载荷W后，油腔左边的间隙16减小、而右边的间隙16增加。间隙16减小的地方，油液流量就减少，阻力增大，油压增高；间隙16增大的地方，油液流量就增大，阻力减小，而油压就下降。假定通向各油腔的进油孔71、72、75、76都相同，即液流阻尼相同，进油压力也相同，则由于承受外载荷而发生的间隙变化，使环形内油槽154、152的左侧油腔的压力增大，使环形内油槽154、152右侧油腔的压力减小。这样轴向封油面131、132、133、134上产生的向左向右的压力差在承载面积上的作用力正好与外载荷W平衡，于是活塞11在一个新的位置上固定下来。按照活塞11的工作要求，往往希望轴向封油面结构131、132、133、134上油压所产生的压力差，必须既能平衡所承受的外载荷，又能保持活塞不至于产生较大的位移。但是在实际情况中，恒定的外载荷并不多见，特别是在激振器中，外载荷大都是在一定范围内变化的。为了满足上述希望，这就要求各环形内油槽152、154的油压能够随外载荷的变化而变化，从而保证各油腔的油压能随外载荷的变化而变化，本发明的环形外油槽121、123就是起这一作用。同时，通过旋转静压轴承31可以调节进油孔71、72、75、76的入口与静压轴承31的环形外油槽121、123的相对位置，以便调节起节流作用的环形外油槽的弧长长度，从而改变进油的总液阻，可以根据静压激振器油缸的受载情况方便调节油膜的压力,提高油膜的动态特性（例如稳定性、准确性、快速性）。本发明静压激振器油缸抗侧向力能力强，活塞11、12与静压轴承31、32之间的摩擦力极小，便于对多自由度液压振动台进行精确控制。同时，该静压激振器油缸结构简单，降低了机械加工的难度，结构紧凑，能满足各型液压振动台的需求。

Claims

1.一种静压激振器油缸，包括缸筒（5）和置于缸筒的内腔的活塞（2），所述活塞（2）的两端各固定连接有一个活塞杆，所述各活塞杆伸出所述缸筒（5）的内腔，其特征是：还包括锁紧螺栓、一对静压轴承和一对端盖，所述静压轴承的横截面呈圆环形，所述静压轴承的壁的外侧沿轴向间隔设有两个以上环形外油槽，所述静压轴承的壁的内侧沿轴向对应地间隔设有两个以上环形内油槽，每个环形外油槽对应地与一个环形内油槽通过设置于所述静压轴承的壁上的第一通孔连通；所述端盖沿轴向设有第二通孔（10），所述第二通孔（10）沿轴向的截面呈阶梯状；所述活塞杆各自对应地贯穿一个所述静压轴承且相互形成间隙配合，所述静压轴承各自与一个所述端盖固定连接，所述静压轴承各自置于对应端盖的第二通孔（10）的小孔内且相互形成过渡配合，所述缸筒（5）的两端分别置于对应端盖的第二通孔（10）的大孔内并相互形成密封支撑，且在所述活塞杆与对应端盖的第二通孔（10）的中孔之间形成空腔以使所述活塞（2)能由缸筒（5）的内腔运动至该空腔内并与该空腔相互形成间隙配合；两个所述端盖之间通过锁紧螺栓固定连接；所述各端盖的壳体上设有进油孔和对应的出油孔，每相邻的两个环形外油槽中的一个环形外油槽与对应的所述进油孔连通，另一个环形外油槽与对应的所述出油孔连通。

2.根据权利要求1所述的静压激振器油缸，其特征是：所述用于连通每一个环形外油槽和对应的环形内油槽的第一通孔有两个，该两个第一通孔沿所述静压轴承的圆周方向成90°夹角。

3.根据权利要求1或2所述的静压激振器油缸，其特征是：所述进油孔为毛细管节流器。