CN102235395B - 带有可调式缓冲机构的磁耦合三轴气缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带有可调缓式冲机构的磁耦合三轴气缸，气缸缸管两端与气缸端盖的连接处设有带缓冲腔的缓冲端盖，缸管与缓冲端盖之间通过螺纹连接，缓冲端盖的缓冲腔的底部设有连通主气路的主气孔，缓冲腔的腔壁上设有轴向贯穿缓冲端盖的缓冲气孔，缓冲气孔通过缓冲气路与主气路连通，缓冲气路上设有调节螺钉；活塞的两头设有缓冲头，缓冲腔内设有缓冲密封环，缓冲头包括圆台状的前缓冲头及圆柱状的后缓冲头。它有效地解决了现有技术的磁耦合三轴气缸使用范围小、使用寿命短及安全性、可靠性差的问题，具有很高的社会效益与经济效益。

Description

带有可调式缓冲机构的磁耦合三轴气缸

技术领域

本发明涉及一种用于带动各种机械的无活塞杆磁耦合三轴气缸，尤其涉及一种带有可调式缓冲机构、可在行程的终端使活塞平滑地减速并止动的磁耦合三轴气缸。

背景技术

现有技术的无活塞杆磁耦合三轴气缸通常包括用非磁性材料做成的圆形气缸管，封闭其两端的一对气缸端盖，在上述气缸管内气密地移动的活塞，可沿气缸管外表面移动从而用于带动机械部件的滑动体以及在上述活塞和滑动体上所设的用于相互磁耦合连接的磁性部件；这种气缸利用从设在端盖上的气孔供给的压缩空气使活塞移动，再由上述磁性部件之间的吸引力使滑动体与活塞同时移动。但现有技术的磁耦合三轴气缸通常不具备缓冲功能，仅仅靠外部的缓冲器缓冲，如美国专利US4744287公开的无杆气缸专利；有的虽然设置了缓冲结构，但其缓冲装置为固定结构，不能根据工作需要调节缓冲的大小，因此其使用范围受到很大的影响。这些主要依靠外部缓冲器的气缸，在高负载高速运行中，前后端盖受冲击较大，气缸容易损坏，使用寿命不长。公开号为CN1105108A的专利文件公开了一种具有速度控制机构的无活塞杆气缸，在缸体端部配设有中空缓冲件，缓冲件可插入活塞的中空部内，在缓冲件上形成有正弦函数槽，该缓冲件系由在中空轴的外侧转动自如地嵌合套筒而构成，在中空轴的外面形成有正弦函数槽，在套筒上形成有纵向孔，可通过改变套筒与中空轴之间的角度来调整正弦函数槽的开口量。当活塞进入冲程终端区域后，缸体端部的中空缓冲件插入活塞中空部内，排出空气因经过中空部与正弦函数槽之间而得到调整，活塞的移动速度便慢慢减缓。相反，当活塞处在冲程初端时，也因流入空气受到调整而使中空活塞慢慢加速。这种结构通过改变缓冲件的位置，和改变缓冲件外周的空气流量来调整活塞加速或减速的时机以及加减速的大小。但该结构存在很大的缺点，由于缓冲件插入活塞的中空部内，受到结构的限制，缓冲件只能制作成细长的管状结构，且每次活塞移动时缓冲件需要插入活塞的中空部，因此在活塞高速运动时很容易损坏。另外，这种结构过于复杂，生产成本也很高。另一方面，现有技术的磁耦合三轴气缸结构中仅靠两根导杆将气缸两端的端盖拉紧来压住中间的气缸管，如日本专利  特開平9-273506公开的无杆气缸，日本专利特開平10-184608 公开的磁耦式无杆气缸及美国专利US6205906B1公开的无杆气缸均采用这种结构，而高速运动的气缸工作时间长了导杆螺丝可能会出现松动情况，因此这种结构存在着严重的安全隐患，工作时的可靠性不能保证。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术的磁耦合三轴气缸缺少可调缓冲机构，使用范围小、使用寿命短的问题而提供一种具有可调式缓冲功能、适用范围广、使用寿命长的带有可调式缓冲机构的磁耦合三轴气缸。

本发明的另一目的是为解决现有技术的磁耦合三轴气缸存在安全隐患、可靠性差的问题而提供一种安全可靠的带有可调式缓冲机构的磁耦合三轴气缸。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种带有可调式缓冲机构的磁耦合三轴气缸，包括气缸缸管及设置在缸管两侧的导杆、设置在缸管内的活塞及设置在缸管外的滑动体，活塞与滑动体上均设有磁性部件且通过磁耦合连接，所述的缸管两端与气缸端盖的连接处设有圆筒形结构的缓冲端盖，缸管与缓冲端盖之间通过螺纹连接，缓冲端盖的中空部分为缓冲腔，缓冲腔的底部设有主气孔，缓冲腔通过主气孔与设置在气缸端盖上的主气路连通，缓冲腔的腔壁上设有轴向贯穿缓冲端盖的缓冲气孔，缓冲气孔的一端位于缸管内，另一端与设置在气缸端盖上的缓冲气路连通，缓冲气路与主气路连通，缓冲气路上设有调节螺钉；所述活塞的中部为磁性部件，活塞的两头设有缓冲头，缓冲腔内靠近缓冲腔开口的位置设有弹性结构的缓冲密封环，缓冲头包括圆台状的前缓冲头及圆柱状的后缓冲头，所述缓冲密封环的最小内径大于所述前缓冲头的端部外径且小于所述后缓冲头的外径。

在气缸缸管两端与气缸端盖的连接处设置圆筒形结构的缓冲端盖，缸管与缓冲端盖之间通过螺纹连接，这样，气缸的缸管、活塞及缓冲端盖构成一个相对独立、完整的结构，这样，活塞在缸管内运动对气缸端盖的冲击相对较小，即使缸管两侧的导杆锁紧螺丝松动，也不会出现安全事故，客户使用时更安全更可靠。在缓冲端盖上设置缓冲腔，缓冲腔除通过底部的主气孔与主气路连通外，缓冲腔的腔壁上还设有缓冲气孔，缓冲气孔通过气缸端盖上的缓冲气路、调节螺钉连通主气路；同时，在活塞的两头设置缓冲头，缓冲腔内设置弹性结构的缓冲密封环，这样，当活塞移动接近终点时，活塞上的缓冲头与缓冲腔内设置的缓冲密封环接触，缓冲腔与活塞所在的缸管内腔隔开，缓冲腔内的气体可以通过主气孔流出，而缸管内腔的空气只能通过缓冲气孔、缓冲气路流出，由于缓冲气路上设有调节螺钉，调节螺钉可以调节缓冲气路的通气流量，当缓冲气路关闭时，缸管内的空气无法流出，在活塞向行程终点移动时，缸管内的空气受活塞压力而压缩，同时压缩空气给活塞以反推力，起到活塞减速及减缓活塞冲击力的缓冲作用，另外，压缩空气的反推力在活塞运动反向时可以推动活塞前进，从而节约能源。通过调节螺钉，可以改变缓冲气路的通流量大小，从而调节这种缓冲作用的大小，当缓冲气路完全开启时，这种缓冲作用最小或者没有缓冲作用。这样，使用者可以根据不同的工况调节缓冲的大小，以满足不同的工作条件对磁耦合三轴气缸的要求，扩大磁耦合三轴气缸适用范围。除此以外，本发明设置在活塞两端的缓冲头由圆台状的前缓冲头及圆柱状的后缓冲头组成，而缓冲密封环的最小内径大于前缓冲头的端部外径且小于后缓冲头的外径，这样的结构在前缓冲头的端部进入缓冲密封环内到缓冲头与缓冲密封环之间完全接触这一时段内，圆台状的前缓冲头结构同样也可以起到缓冲作用，当前缓冲头的端部刚进入缓冲密封环内时，由于前缓冲头的端部外径小于缓冲密封环的内径，因此，前缓冲头与缓冲密封环之间还存在气流通道，这一气流通道使得缓冲腔内的空气与缸管内的空气可以在一定程度上相互流通，当缓冲气路关闭时，缸管内的空气可通过这一通道进入缓冲腔内，从主气孔流出；随着活塞向缓冲端盖方向不断的移动，这一气流通道由大变小，当缓冲头与缓冲密封环之间完全接触时，这一通道完全关闭，缓冲腔与缸管内腔之间完全隔开，这一通道的存在使得缓冲腔与缸管内腔之间的气流通道的关闭有一个缓冲过程，而这一缓冲过程是在缓冲头与缓冲密封环之间的气流通道关闭前进行的，因此对活塞起到了预缓冲的作用，增加了活塞的预缓冲过程及总的缓冲时间，提高了缓冲效果。这样，活塞在不断的缓冲作用下动能迅速下降，可以实现在对气缸端盖较小的冲击下使活塞的动能减小至零，起到非常可靠的保护作用，大大减少活塞的冲击力，延长气缸的使用寿命。同理，在活塞反向运动时，圆台状的前缓冲头结构可以使前缓冲头与缓冲密封环之间的气流通道提前开启，这样可以减少缸管内腔处于低压状态的时间，降低能耗。

作为优选，后缓冲头与磁性部件的连接处设有挡环，挡环靠近后缓冲头的一侧设有缓冲垫。设置在挡环靠近后缓冲头的一侧的弹性缓冲垫可以起到最后的保护作用，它可以将活塞的动能转化为弹性势能，避免活塞直接冲击端盖。

作为优选，前缓冲头与后缓冲头的长度比为1比1.2至1比2.4，前缓冲头的锥度为1比3.6至1比4.8。前缓冲头与后缓冲头的长度比决定了活塞预缓冲时间与活塞的缓冲时间比，前缓冲头的锥度大小决定了活塞预缓冲过程的变化速率。前缓冲头与后缓冲头的长度比为1比1.2至1比2.4及前缓冲头的锥度为1比3.6至1比4.8是合理的选择。

作为优选，所述的缓冲密封环上靠近缓冲腔开口的一侧设有向缓冲腔内及缓冲腔开口处突出的密封唇，密封唇的内径大于前缓冲头的端部外径且小于后缓冲头的外径。在缓冲密封环上靠近缓冲腔开口的一侧设置向缓冲腔内及缓冲腔开口处突出的密封唇，由于密封唇结构较薄，因此弹性较好，同时密封唇的悬空端向缓冲腔的轴心线及开口方向斜向突出，这样的结构使缓冲密封环与缓冲头之间既能顺利密封又能及时开启，可以提高缓冲密封环与缓冲头之间密封与开启过程的转换速度。

作为优选，所述的气缸端盖上设有与缓冲端盖相适配的缓冲端盖安装腔，缓冲端盖的外侧壁与气缸端盖之间设有密封结构，导杆的两端与气缸端盖之间螺纹连接。缓冲端盖安装腔用于安装缓冲端盖，导杆用于安置滑动体并通过螺纹将带有活塞、缓冲端盖的气缸体压紧在两个气缸端盖之间。

作为优选，前缓冲头的端部设有弹簧腔，弹簧腔内设有缓冲弹簧，所述的缓冲弹簧为3至5个，同轴套叠设置，相邻两个缓冲弹簧的旋向相反；靠近轴心位置的缓冲弹簧的自由长度大于其外侧的缓冲弹簧，靠近轴心位置的缓冲弹簧的弹簧丝直径小于其外侧的缓冲弹簧。在前缓冲头的端部设置缓冲弹簧，可以进一步起到缓冲作用，它可以将活塞的动能转化为弹性势能，避免活塞直接冲击端盖。靠近轴心位置的缓冲弹簧的自由长度大于其外侧的缓冲弹簧且弹簧丝直径小于其外侧的缓冲弹簧，这样，弹簧与缓冲腔底部接触时，最先接触的是靠近轴心位置、弹簧丝直径较小的缓冲弹簧，然后再逐个接触外侧弹簧丝直径较大的弹簧，这样可以起到逐步缓冲的作用，可以减少冲击力，提高气缸的使用寿命。

作为另一种可选方案，缓冲腔的底部及与其相对的前缓冲头端部均凸设有缓冲磁铁，缓冲磁铁呈环状结构，缓冲腔底部的缓冲磁铁与前缓冲头端部的缓冲磁铁其相对面具有相同的极性。这种方案的抗冲击原理是利用同极性磁铁的排斥力来抵消活塞的冲击力，从而达到缓冲的目的，采用环状结构的磁铁主要是避开在缓冲腔底部的主气孔。

作为优选，主气孔的横截面积大于缓冲气孔及缓冲气路的横截面积，主气孔的横截面积与缓冲气孔的横截面积比为2比1至4比1。

本发明的有益效果是：它有效地解决了现有技术的磁耦合三轴气缸缺少可调缓冲机构，使用范围小、使用寿命短的问题，也解决了现有技术的磁耦合三轴气缸存在安全隐患、可靠性差的问题，本发明的磁耦合三轴气缸具有可调式缓冲功能、适用范围广、使用寿命长且安全可靠，具有很高的社会效益与经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的一种局部剖视结构示意图；

图3是本发明的另一种局部剖视结构示意图；

图4是本发明实施例2的一种局部结构剖视图；

图5是本发明实施例3的另一种局部结构剖视图；

图6是本发明缓冲密封环的一种剖视结构示意图。

图中：1. 缸管，2. 气缸端盖，3. 缓冲端盖，4. 缓冲腔，5. 主气孔，6. 主气路，7. 缓冲气孔，8. 缓冲气路，9. 调节螺钉，10. 磁性部件，11. 缓冲头，12. 缓冲密封环，13. 前缓冲头，14. 后缓冲头，15. 挡环，16. 缓冲垫，17. 密封唇18. 导杆，19. 弹簧腔，20.缓冲弹簧，21. 缓冲磁铁，22.活塞，23.滑动体。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图对本发明技术方案的具体实施方式作进一步的说明。

实施例1

在图1、图2、图3所示的实施例1中，一种带有可调缓式冲机构的磁耦合三轴气缸，包括气缸缸管及对称设置在缸管两侧的导杆18、设置在缸管内的活塞22及设置在缸管外的滑动体23，活塞与滑动体上均设有磁性部件10且通过磁耦合连接，所述的缸管1两端与气缸端盖2的连接处对称设有圆筒形结构的缓冲端盖3，气缸端盖上设有与缓冲端盖相适配的缓冲端盖安装腔，缓冲端盖安置在缓冲端盖安装腔内，缓冲端盖的外侧壁与气缸端盖之间设有密封结构，所述导杆18的两端与气缸端盖之间通过螺纹连接固定。气缸的缸管两端设有内螺纹，缓冲端盖上相应的设有外螺纹，气缸的缸管与缓冲端盖之间通过螺纹连接固定。圆筒形结构的缓冲端盖其中空部分为缓冲腔4，缓冲腔的底部设有主气孔5，缓冲腔通过主气孔与设置在气缸端盖上的主气路6连通，缓冲腔的腔壁上设有轴向贯穿缓冲端盖的缓冲气孔7，缓冲气孔的一端位于缸管内，另一端与设置在气缸端盖上的缓冲气路8连通，缓冲气路与主气路连通，缓冲气路的横截面积与缓冲气孔的横截面积相同，主气孔的横截面积大于缓冲气孔及缓冲气路的横截面积，主气孔的横截面积与缓冲气孔的横截面积比为3比1。缓冲气路上设有调节螺钉9；所述活塞的中部为磁性部件10，活塞的两头对称设有缓冲头11，缓冲头的外径略小于缓冲腔的内径，缓冲腔内靠近缓冲腔开口的位置设有弹性结构的缓冲密封环12。缓冲头包括圆台状的前缓冲头13及圆柱状的后缓冲头14，前缓冲头与后缓冲头的长度比为1比1.8，前缓冲头的圆台结构锥度为1比4。所述缓冲密封环上靠近缓冲腔开口的一侧设有向缓冲腔内及缓冲腔开口处突出的密封唇17（见图6），密封唇的内径大于前缓冲头的端部外径且小于后缓冲头的外径，后缓冲头与磁性部件的连接处设有挡环15，挡环靠近后缓冲头的一侧设有弹性结构的缓冲垫16。

实施例2

实施例2的前缓冲头端部设有弹簧腔19，弹簧腔内设有缓冲弹簧20，所述的缓冲弹簧为3个，同轴套叠设置，弹簧的一端与弹簧腔的底部固定，另一端悬空，相邻两个缓冲弹簧的旋向相反，靠近轴心位置的缓冲弹簧的自由长度大于其外侧的缓冲弹簧，靠近轴心位置的缓冲弹簧的弹簧丝直径小于其外侧的缓冲弹簧（见图4），主气孔的横截面积与缓冲气孔的横截面积比为2比1，前缓冲头与后缓冲头的长度比为1比1.2，前缓冲头的圆台结构锥度为1比3.6，其余和实施例1相同。

实施例3

实施例3的缓冲腔的底部及与其相对的前缓冲头端部均凸设有缓冲磁铁21，缓冲磁铁呈环状结构，缓冲腔底部的缓冲磁铁与前缓冲头端部的缓冲磁铁其相对面具有相同的极性（见图5），主气孔的横截面积与缓冲气孔的横截面积比为4比1，前缓冲头与后缓冲头的长度比为1比2.4，前缓冲头的圆台结构锥度为1比4.8，其余和实施例1相同。

本发明带有可调缓式冲机构的磁耦合三轴气缸工作时，气缸端盖上的主气路与气源连接，活塞在压缩空气的作用下在缸管内往复运动，通过磁耦合带动滑动体作同步运动，当活塞运动接近两端的终点时，活塞上的缓冲头进入缓冲腔，并与缓冲腔内设置的缓冲密封环接触，缓冲腔与活塞所在的缸管内腔隔开，缓冲腔内的气体可以通过主气孔流出，而缸管内腔的空气只能通过缓冲气孔、缓冲气路流出，由于缓冲气路上设有调节螺钉，调节螺钉可以调节缓冲气路的通气流量，当缓冲气路关闭时，缸管内的空气无法流出，在活塞向行程终点移动时，缸管内的空气受活塞压力而压缩，同时压缩空气给活塞以反推力，起到活塞减速及减缓活塞冲击力的缓冲作用，另外，压缩空气的反推力在活塞运动反向时可以推动活塞前进，从而节约能源。通过调节螺钉，可以改变缓冲气路的通流量大小，从而调节这种缓冲作用的大小，当缓冲气路完全开启时，这种缓冲作用最小或者没有缓冲作用。这样，使用者可以根据不同的工况调节缓冲的大小，以满足不同的工作条件对磁耦合三轴气缸的要求，扩大磁耦合三轴气缸适用范围。另外，本发明设置在活塞两端的缓冲头由圆台状的前缓冲头及圆柱状的后缓冲头组成，而缓冲密封环的最小内径大于前缓冲头的端部外径且小于后缓冲头的外径，这样的结构在前缓冲头的端部进入缓冲密封环内到缓冲头与缓冲密封环之间完全接触这一时段内，圆台状的前缓冲头结构同样也可以起到缓冲作用，当前缓冲头的端部刚进入缓冲密封环内时，由于前缓冲头的端部外径小于缓冲密封环的内径，因此，前缓冲头与缓冲密封环之间还存在气流通道，这一气流通道使得缓冲腔内的空气与缸管内的空气可以在一定程度上相互流通，当缓冲气路关闭时，缸管内的空气可通过这一通道进入缓冲腔内，从主气孔流出；随着活塞向缓冲端盖方向不断的移动，这一气流通道由大变小，当缓冲头与缓冲密封环之间完全接触时，这一通道完全关闭，缓冲腔与缸管内腔之间完全隔开，这一通道的存在使得缓冲腔与缸管内腔之间的气流通道的关闭有一个缓冲过程，而这一缓冲过程是在缓冲头与缓冲密封环之间的气流通道关闭前进行的，因此对活塞起到了预缓冲的作用，增加了活塞的预缓冲过程及总的缓冲时间，提高了缓冲效果。这样，活塞在不断的缓冲作用下动能迅速下降，可以实现在对气缸端盖较小的冲击下使活塞的动能减小至零，起到非常可靠的保护作用，大大减少活塞的冲击力，延长气缸的使用寿命。同理，在活塞反向运动时，圆台状的前缓冲头结构可以使前缓冲头与缓冲密封环之间的气流通道提前开启，这样可以减少缸管内腔处于低压状态的时间，降低能耗。

Claims (1)

1.一种带有可调式缓冲机构的磁耦合三轴气缸，包括气缸缸管及对称设置在缸管两侧的导杆、设置在缸管内的活塞及设置在缸管外的滑动体，活塞与滑动体上均设有磁性部件且通过磁耦合连接，其特征是：所述的缸管（1）两端与气缸端盖（2）的连接处对称设有圆筒形结构的缓冲端盖（3），气缸端盖上设有与缓冲端盖相适配的缓冲端盖安装腔，缓冲端盖安置在缓冲端盖安装腔内；缓冲端盖的外侧壁与气缸端盖之间设有密封结构，所述导杆（18）的两端与气缸端盖之间通过螺纹连接固定；气缸的缸管两端设有内螺纹，缓冲端盖上相应的设有外螺纹，气缸的缸管与缓冲端盖之间通过螺纹连接固定；圆筒形结构的缓冲端盖其中空部分为缓冲腔（4），缓冲腔的底部设有主气孔（5），缓冲腔通过主气孔与设置在气缸端盖上的主气路（6）连通，缓冲腔的腔壁上设有轴向贯穿缓冲端盖的缓冲气孔（7），缓冲气孔的一端位于缸管内，另一端与设置在气缸端盖上的缓冲气路（8）连通，缓冲气路与主气路连通，缓冲气路的横截面积与缓冲气孔的横截面积相同，主气孔的横截面积大于缓冲气孔及缓冲气路的横截面积，主气孔的横截面积与缓冲气孔的横截面积比为2比1至4比1，缓冲气路上设有调节螺钉（9）；所述活塞（22）的中部为磁性部件（10），活塞的两头对称设有缓冲头（11），缓冲头的外径小于缓冲腔的内径，缓冲腔内靠近缓冲腔开口的位置设有弹性结构的缓冲密封环（12）；缓冲头包括圆台状的前缓冲头（13）及圆柱状的后缓冲头（14），前缓冲头与后缓冲头的长度比为1比1.2至1比2.4，前缓冲头的圆台结构锥度为1比3.6至1比4.8；所述缓冲密封环上靠近缓冲腔开口的一侧设有向缓冲腔内及缓冲腔开口处突出的密封唇（17），密封唇的内径大于前缓冲头的端部外径且小于后缓冲头的外径；后缓冲头与磁性部件的连接处设有挡环（15），挡环靠近后缓冲头的一侧设有弹性结构的缓冲垫（16）；前缓冲头端部设有弹簧腔（19），弹簧腔内设有缓冲弹簧（20），所述的缓冲弹簧为3至5个，同轴套叠设置，弹簧的一端与弹簧腔的底部固定，另一端悬空，相邻两个缓冲弹簧的旋向相反，靠近轴心位置的缓冲弹簧的自由长度大于其外侧的缓冲弹簧，靠近轴心位置的缓冲弹簧的弹簧丝直径小于其外侧的缓冲弹簧。

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