CN102261475B - 流体压力设备 - Google Patents

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Abstract

一种流体压力设备(10)包括活塞(13)和设置在活塞(13)外圆周上的衬垫(26)。衬垫(26)包括由低摩擦系数材料制成的支撑环(44)，和安装到支撑环(44)的环状密封构件(42)。当至少特定量的横向负荷作用于活塞(13)时，支撑环(44)的外周表面抵靠滑孔(18)的内周表面，从而防止活塞(13)与滑孔(18)的内周表面接触。

Description

流体压力设备
技术领域
本发明涉及一种流体压力缸或流体转换阀等的流体压力设备，更具体地，有关以下一种流体压力设备，在该流体压力设备中，改进的衬垫被安装到包含活塞或者卷轴等的分隔构件，并且该分隔构件在壳体中限定的滑孔的内部运动。
背景技术
流体压力缸通常包括沿着壳体中形成的滑孔的内部在轴向上运动的活塞。由弹性橡胶材料制成的衬垫(O形环)被安装在活塞的外圆周上，从而通过衬垫，在滑孔的内圆周和活塞的外圆周之间实现密封(例如，参见日本平开专利公报第09-072310号和日本平开专利公报第2003-120602号)。
另外，在这样常规的技术中，磨损环和衬垫被设置在活塞上，该磨损环由硬度大于衬垫硬度并且可滑动性较高的材料(如，合成树脂)制成。横向负荷在易于引起滑孔的轴线和活塞的轴线错位的方向上(例如，在垂直于活塞轴线方向上)作用在活塞上的情况下，磨损环则会抑制活塞轴线的错位，并防止由于抵靠衬垫而按压滑孔的内表面引起的衬垫的过度变形。并且，通过磨损环防止活塞的外圆周与滑孔的内圆周接触。
发明内容
然而，在这样的常规技术中，由于衬垫和磨损环都被安装到活塞，所以部件数目众多，从而导致密封部的构造复杂。并且，由于衬垫和磨损环在活塞的轴向上被以一定间隔地设置在活塞上，所以导致活塞在轴向上的尺寸很大。
鉴于以上问题，做出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种流体压力设备：所述流体压力设备包括衬垫，所述衬垫的功能是防止诸如活塞的分隔构件接触滑孔的内圆周，并且所述流体压力设备能够简化密封部的构造并且控制活塞在轴向上的尺寸增大。
为了实现上述目的，本申请的发明的特征在于，流体压力设备包括：其中形成有滑孔的壳体；沿着滑孔的内部在轴向上运动的分隔构件；安装在分隔构件的外圆周上的衬垫，其中所述衬垫包含由低摩擦系数材料制成并在外圆周侧上具有环形密封安装槽的环状支撑环；和由弹性材料制成并且被安装在密封安装槽中的环状密封构件，密封构件的外圆周从支撑环向外突出并且与滑孔的内周表面接触，其中，支撑环通过整体地结合侧壁和底壁而形成，侧壁支撑密封构件的两侧，底壁连接两个侧壁的内端部，而且其中，当横向负荷没有作用于分隔构件时，支撑环的外周表面与圆周滑孔的内周表面不接触，并且当具有特定值或者更大的横向负荷作用于分隔构件时，支撑环的外周表面抵靠滑孔的内周表面，以此防止分隔构件接触滑孔的内周表面。
采用以上构造，当横向负荷作用于活塞，支撑环的外圆周与滑孔内周表面接触，从而可以调节活塞的横向位移。结果，防止密封构件过度地变形并且防止活塞与滑孔的内周表面接触。这样，由于支撑环具有至少与常规耐磨环的功能相同的功能，所以没有必要在活塞的轴线的方向上间隔地设置单独的磨损环和衬垫。因而，本发明的构造简单并且能够抑制活塞在轴线的方向上的尺寸增加。此外，由于支撑环是通过整体地结合两个侧壁和底壁而形成，所以部件的数目很小并因此它的构造可以被简化。此外，由于支撑环被形成为一个整体的构造，所以能够增大其克服横向负荷的强度。
在本发明的流体压力设备中，分隔构件可以包括形成在其外圆周中的环形衬垫安装槽，并且支撑环可以被安装在衬垫安装槽中。在该情况下，环状第二密封构件可以介于支撑环的内周表面和衬垫安装槽之间。采用这种构造，衬垫的内圆周和衬垫安装槽的槽底之间的分界面可以被密封。从而，可以阻断流体在其之间的流动。因此，防止流体压力设备的效率减小。
在本发明的流体压力设备中，支撑环可以被可倾斜地安装在衬垫安装槽中，并当作用于分隔构件的横向负荷等于或小于特定值时，分隔构件的轴线可以倾斜于滑孔的轴线，但是支撑环的轴线可以保持与滑孔的轴线相平行。因而，即使当小横向负荷作用于活塞，由于支撑环的外周表面与滑孔的内周表面表面接触。因此，能够防止其之间的滑动阻力过度增大。
本发明的流体压力设备中，支撑环可以通过模制成型被形成在分隔构件的外圆周上。采用这样的构造，由于支撑环是模制成型的，所以提高了活塞的外圆周和滑孔的内圆周之间的密封性，并进一步有效地防止流体压力设备的效率减少。
因此，根据本发明的流体压力设备具有的优势在于，流体压力设备具有防止分隔构件接触滑孔的内圆周并且能够简化密封部的构造和抑制活塞在轴向上的尺寸增加的功能。
通过下面的说明，并结合以示意性实例的方式显示的本发明的优选实施例的附图时，本发明的上述和其他的目的、特点和优点变得更加地清楚。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的流体压力设备的部分截面侧视图；
图2A是当衬垫被安装在环形槽内而活塞没被插入到滑孔中时活塞和衬垫的非完整截面图；
图2B是当横向负荷没有作用于活塞时衬垫和其附近位置的非完整截面图；
图3是当横向负荷作用于活塞时衬垫和其附近位置的非完整截面图；
图4A是根据第二实施例的流体压力设备的活塞和衬垫的非完整截面图，显示当衬垫被安装在环形槽中而活塞没有被插在滑孔中时的活塞和衬垫；
图4B是根据第二实施例的流体压力设备的活塞和衬垫的非完整截面图，显示当横向负荷没有作用于活塞时的活塞和衬垫；
图5A是根据本发明第二实施例的流体压力设备的活塞和衬垫的非完整截面图，显示当小横向负荷作用于活塞时的活塞和衬垫；
图5B是根据本发明第二实施例的流体压力设备的活塞和衬垫的非完整截面图，显示当大横向负荷作用于活塞上时的活塞和衬垫；
图6A是根据第三实施例的流体压力设备的活塞和衬垫的非完整截面图，显示当衬垫被安装在环形槽中而活塞没有被插在滑孔中时的活塞和衬垫；
图6B是根据第三实施例的流体压力设备的活塞和衬垫的非完整截面图，显示当横向负荷没有作用于活塞时的活塞和衬垫；和
图7是当横向负荷作用于活塞时根据第三实施例的流体压力设备的活塞和衬垫的非完整截面图。
具体实施方式
以下参考附图，将详细说明根据本发明的流体压力设备的优选实施例。
图1是根据第一实施例的流体压力设备的部分截面侧视图。在本实施例中，流体压力设备10被构造成活塞13在壳体12内往复运动的流体压力缸10A。流体压力缸10A包括由诸如铝合金等的金属材料制成并且配备有一对端口14、16的壳体12，和在一对端口14、16之间连通的滑孔18，滑孔18形成壳体12的内部。在滑孔18的内部，设置有由金属材料制成的活塞13。
图1中，参考标号L1表示活塞13的轴线，和参考标号L2表示滑孔18的轴线。图1所示的状态中，活塞13的轴线L1与滑孔18的轴线L2重合。活塞13被容纳在壳体12中。活塞13是位移体，其可以在滑孔18的轴线L2的方向上(由图1中的箭头x表示)移动，同时将滑孔18的内部分隔成两个压力室，即，端口14侧的压力室20和端口16侧的压力室22。换句话说，根据本实施例的活塞13形成在滑孔18中沿着轴线L2的方向移动的分隔构件。
衬垫安装槽24被形成在活塞13的外圆周上，由弹性橡胶材料制成的环状或者环形的衬垫26被安装在衬垫安装槽24中。借助于衬垫26，活塞13的外周表面和滑孔18的内周表面之间的分界面被密封。此外，活塞杆28的基端部分被连接到活塞13，而活塞杆28的末端部分穿透阻塞滑孔18的一端的杆盖30并在滑孔18的外部向外延伸。
密封构件34被安装在形成在杆盖30的内圆周中的环形槽32中，该密封构件形成杆盖30的内周表面和活塞杆28的外周表面之间的密封。另外，另一个密封构件38被安装在形成在杆盖30的外圆周中的环形槽36中，该密封构件形成杆盖30的外周表面和滑孔18的内周表面之间的密封。
此外，通过经过两个端口14、16向两个压力室20、22内轮流供应和排出诸如压缩空气等压力流体，活塞13会在滑孔18的轴线L2的方向上作往复运动，以此推进和缩回活塞杆28。在某些情形下，活塞13经受横向负荷。横向负荷被定义为从连接到活塞杆28的末端的工作构件通过活塞杆28作用在活塞13上的侧向力(在图1中箭头A所示方向上的力)，该力易于使活塞13的轴线L1远离滑孔18的轴线L2发生移位或倾斜。
图2A和2B是显示衬垫26和其附近位置的非完整截面图。图2A显示在衬垫26被安装在环形槽中而活塞13没有插到滑孔18内时的状态下的活塞13和衬垫26。图2B显示没有横向负荷作用于活塞13上时的活塞13和衬垫26。
衬垫安装槽24是由左侧壁和右侧壁29a以及槽底29b三侧围绕形成的槽。左侧壁和右侧壁29a构成分别地垂直于活塞13的轴线L1并且设置为互相平行的平坦表面。槽底29b构成平行于活塞13的轴线L1的方向排列的表面。因而，衬垫安装槽24整体具有一致的槽宽和一致的槽深。
衬垫26包括环状支撑环44和环状密封构件42。支撑环44与活塞13同轴地被安装在活塞13的衬垫安装槽24中。支撑环44通过整体地结合侧壁42a和底壁42b而形成，侧壁42a支撑密封构件42的两侧，底壁42b连接两个侧壁42a的内端部。
在支撑环44中，设置有环形密封安装槽46，该环形密封安装槽46绕着支撑环44的轴线在支撑环44的整个圆周上圆周地延伸，并且在变形的方向上向外开口。每个侧壁42a的外周表面形成支撑表面47。支撑表面47为支撑环44的最外的圆周表面，并且与活塞13的轴线L1平行。支撑表面47的外直径大于活塞13的最外圆周表面的外直径。因而，支撑环44在对应侧壁的位置上从活塞13的外周表面突出。
支撑环44由低摩擦系数的材料制成。因而，支撑环44(更具体地，支撑表面47)和滑孔18的内周表面之间的摩擦系数小于密封构件42和滑孔18的内周表面之间的摩擦系数。这样的低摩擦系数材料包括具有低摩擦系数和耐磨损性能的合成树脂材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)或金属材料。
密封构件42是由弹性材料制成(例如，橡胶材料)，并且包括在绕着轴线的整个圆周上圆周地延伸的环形构件。密封构件42被安装在支撑环44的密封安装槽46中。密封构件42的外圆周从支撑环44径向向外突出。因而，如图2B所示，当具有安装在其中的衬垫26的活塞13被插入到滑孔18内时，密封构件42被夹在滑孔18的内周表面和密封安装槽46的底部之间。结果，密封构件42被弹性地压缩并且发生变形，从而密封构件42在其圆周方向上的整个圆周上与滑孔18的内周表面紧密接触。如图2A所示，密封构件42的最外圆周在自然状态时(例如，在压缩负荷没有作用于密封构件42，并且因此密封构件42没有变形的状态)基本上具有圆弧状的横截面。
根据本实施例的流体压力设备10基本上被如上构造，其的操作和效果将在下文阐述。如图2B所示，在横向负荷没有作用于活塞13的状态下，活塞13的轴线L1与滑孔18的轴线L2基本上重合。在该情况下，密封构件42在圆周方向上的整个圆周上抵靠滑孔18的内周表面，然后被弹性地压缩并且发生变形。另一方面，由于支撑环44的外直径小于滑孔18的内直径，并且活塞13的轴线L1与滑孔18的轴线L2基本重合，所以是支撑环44的外周表面的支撑表面47不与滑孔18的内周表面接触。在如图2B所示的状态下，活塞13沿着滑孔18的轴线L2的方向往复运动，从而密封构件42的外周表面运动并与滑孔18的内周表面接触。
如图3所示，当至少特定量的横向负荷在箭头A所示的方向上作用于活塞13时，由于密封构件42能够发生弹性地变形，所以支撑环44在箭头A所示的方向上移动，并且支撑表面47抵靠滑孔18的内周表面。在该情况下，由于支撑环44的支撑表面47定位在活塞13的最外圆周的外侧的径向上，所以活塞13的外圆周不与滑孔18的内周表面接触。因而，支撑环44防止活塞13与滑孔18的内周表面接触。
如上所述，根据本实施例的流体压力设备10，当横向负荷作用于活塞13上时，支撑环44的外圆周与滑孔18的内周表面接触，借此可以调节活塞13的横向位移。因而，密封构件42被防止过度地变形，并且活塞13被防止与滑孔18的内周表面接触。因此，由于支撑环具有至少与常规的耐磨环的功能相同的功能，所以不需要将单独的耐磨环与衬垫在活塞13轴线L1的方向上间隔地设置在活塞13上。因此，本发明的构造简单并且能够抑制活塞13在轴线L1方向上的尺寸增加。而且，由于支撑环44是通过整体地结合两个侧壁42a和底壁42b而形成，所以部件的数目很小，因此支撑环44的构造简单。此外，因为支撑环44被形成整体的构造，所以其相对于横向负荷的强度被提高。
其次，将会说明根据本发明第二实施例的流体压力设备。根据第二实施例的流体压力设备中的与根据第一实施例的流体压力设备10中的具有相同或相似功能或效果的组成元件用相同的参考标号表示，并且省略对这些元件的说明。
图4A和4B是根据第二实施例的流体压力设备的活塞50和衬垫26的非完整截面图。图4A显示在衬垫26被安装在环形槽内而活塞50没有插入滑孔18内时的状态的活塞50和衬垫26。图4B显示在无横向负荷作用于活塞50上的状态的活塞50和衬垫26。
根据第二实施例的衬垫26具有与根据第一实施例的衬垫26的构造相同的构造。在活塞50的外圆周上，形成有在绕着轴线的整个圆周上圆周地延伸的环状衬垫安装槽52。如图4B所示，环状第二密封构件54被介入衬垫安装槽52的底部和衬垫26的内圆周之间，第二密封构件54被安装在环形槽56中，该环形槽在轴向上被形成在衬垫安装槽52的底部的基本中心的部分上。第二密封构件54例如可以是O形环。
衬垫安装槽52在轴向上的宽度W1稍微大于支撑环44在轴向上的宽度W2。因而，支撑环44被第二密封构件54支撑在内圆周侧上，并被可倾斜地安装在衬垫安装槽52中。
如图4B所示，在横向负荷没有作用于活塞50上的状态下，活塞50的轴线L1与滑孔的轴线L2基本重合。在该情况下，密封构件42在圆周方向的整个圆周上抵靠滑孔18的内周表面，然后被弹性地压缩并且发生变形。另一方面，由于支撑环44的外直径小于滑孔18的内直径，并且活塞50的轴线L1与滑孔18的轴线L2基本重合，所以是支撑环44的外周表面的支撑表面47不与滑孔18的内周表面接触。在如图4B所示的状态下，活塞50沿着滑孔18的轴线L2的方向往复运动，因此密封构件42的外周表面运动并且与滑孔18的内周表面接触。
如图5A所示，在小横向负荷在箭头A的方向上作用于活塞50上的情况下，由于密封构件42能够发生弹性变形，所以支撑环44在箭头A的方向上移动，并且支撑表面47与滑孔18的内周表面抵靠。在这种情况下，由于支撑环44的支撑表面47位于活塞50的最外圆周的外部的径向上，所以活塞50的外圆周不与滑孔18的内周表面接触。因而，支撑环44防止活塞50与滑孔18的内周表面接触。
而且，在这种情况下，活塞50的轴线L1与滑孔18的轴线L2倾斜角度θ，但是支撑环44的轴线保持平行于滑孔18的轴线L2。因而，即使当小横向负荷作用于活塞50上时，由于支撑环44的外周表面与滑孔18的内周表面的表面接触，所以防止其之间的滑动阻力过度增加，因此活塞50继续变顺畅地和稳定地运作。
此外，由于第二密封构件54能够发生弹性变形，所以在大横向负荷在箭头A所示的方向上作用于活塞50上的情况下，支撑环44进一步在箭头A的方向上移动，然后进入图5B所示的状态。更具体地，衬垫安装槽52的底部和支撑环44的内圆周在圆周的方向上部分地互相接触，并且活塞50的轴线L1与支撑环44的轴线平行。在这种状态下，由于支撑表面47位于活塞50的最外部圆周的径向的外侧，所以活塞50的外圆周不与滑孔18的内周表面接触。即，即使当大横向负荷作用于活塞50上时，支撑环44有效地防止活塞50与滑孔18的内周表面接触。
如上所述，根据第二实施例，由于环状第二密封构件54被介入支撑环44的内周表面和衬垫安装槽52之间，所以衬垫26的内圆周和衬垫安装槽52的槽底之间的分界面被密封，从而阻断流体的流动。因而，有效地防止流体压力设备的效率减小。
此外，在小横向负荷作用于活塞50上的情况下，活塞50的轴线L1倾斜于滑孔18的轴线L2，但支撑环44的轴线被保持与滑孔18轴线L2平行。因此，支撑环44的外周表面与滑孔18的内周表面接触。从而，防止其之间的滑动阻力过度增加，因此活塞50继续顺畅地和稳定地运作。
在第二实施例中，与第一实施例的组成元件相同的第二实施例的组成元件当然具有与第一实施例的相应的组成元件相同或相似的作用和效果。
其次，将会说明根据本发明第三实施例的流体压力设备。根据第三实施例的流体压力设备中的与根据第一实施例的流体压力设备10中的具有相同或相似功能或效果的组成元件用相同的参考标号表示，并且省略对这些元件的说明。。
图6A和6B是根据第三实施例的流体压力设备的活塞60和衬垫62非完整截面图。图6A显示在活塞60没有插入滑孔18内的状态时的活塞60和衬垫62。图6B显示当横向负荷没有作用于活塞60时的活塞60和衬垫62。
衬垫62由支撑环64和密封构件42组成。根据第三实施例的密封构件42与根据第一实施例的密封构件42的构造相同。类似于第一实施例的支撑环44，支撑环64由低摩擦系数材料制成。支撑环64由通过整体地结合侧壁64a和底壁64而形成，侧壁64a支撑密封构件42的两侧，底壁64b连接两个侧壁64a的内端部。通过模制成型，支撑环64被与活塞60同轴地形成在活塞60的外圆周上。
在支撑环64中，设置有环形密封安装槽66，该环形密封安装槽66在绕着支撑环64的轴线的整个圆周上圆周地延伸，并且在变形的方向上向外开口。每个侧壁64a的外周表面形成支撑表面68。支撑表面68为支撑环64的最外周表面并且与活塞60的轴线L1平行。
密封构件42的外圆周从支撑环64径向向外突出。因而，如图6B所示，当具有安装在其中的衬垫62的活塞13被插入滑孔18内时，密封构件42被夹在滑孔18的内周表面和密封安装槽66的底部之间。结果，衬垫62被弹性地压缩并且发生变形，因而沿圆周方向在其整个圆周上与滑孔18的内周表面紧密接触。
如图6B所示，在横向负荷没有作用于活塞60的状态下，活塞60的轴线L1与滑孔的轴线L2基本重合。在这种情况下，密封构件42沿圆周方向在滑孔18的整个圆周上抵靠滑孔18的内周表面，然后被弹性压缩并且发生变形。另一方面，由于支撑环64的外直径小于滑孔18的内直径，并且活塞60的轴线L1与滑孔18的轴线L2基本重合，所以是支撑环64的外周表面的支撑表面47不与滑孔18的内周表面接触。在如图6B所示的状态下，活塞60沿着滑孔18的轴线L2的方向往复运动，因而密封构件42的外周表面运动并且与滑孔18的内周表面接触。
如图7所示，在特定量的横向负荷在箭头A的方向上作用于活塞60上时，由于密封构件42能够发生弹性变形，所以支撑环64在箭头A的方向上移动，并且支撑表面68抵靠滑孔18的内周表面。在这种情况下，由于支撑环64的支撑表面68位于活塞60的最外部圆周的径向的外侧，所以活塞60的外圆周不与滑孔18的内周表面接触。因而，支撑环44防止活塞60与滑孔18的内周表面接触。
在根据第三实施例的如上述构造的流体压力设备中，支撑环64是模制成型的。因而，可以提高活塞60的外圆周和支撑环64的内圆周之间的密封性能并且更有效地防止流体压力设备的效率减小。
在第三实施例中，与第一实施例的组成元件相同的组成元件当然具有与第一实施例的相应的组成元件相同或相似的作用和效果。
在上述第一实施例中，流体压力缸10A被显示为流体压力设备10的一个实例。然而，流体压力设备10还可以包括流体转换阀，在该流体转换阀中，借助于沿着形成在壳体12中的滑孔18的内部的卷轴，切换流体通道。在这种情形下，卷轴形成分隔构件。类似地，在第二和第三实施例中，流体压力设备还可以包括流体转换阀。
虽然具体地展示和说明了本发明的特定优选实施例，但是本发明不限于上述实施例，而且应该理解在不背离附加权利要求的范围内，可对本发明作出各种改变和修改。

Claims (5)

1.一种流体压力设备(10)，其特征在于，包括：
壳体(12)，所述壳体(12)包括形成在其中的滑孔(18)；
分隔构件(13，50，60)，所述分隔构件(13，50，60)沿着所述滑孔(18)的内部在轴向上运动；和
衬垫(26，62)，所述衬垫(26，62)被安装在所述分隔构件(13，50，60)的外圆周上；
其中，所述衬垫(26，62)包括：
环状支撑环(44，64)，所述环状支撑环(44，64)由低摩擦材料制成并且在外圆周侧具有环状密封安装槽(46，66)；和
环形密封构件(42)，所述环形密封构件(42)由弹性材料制成并且被安装在所述密封安装槽(46，66)中，所述密封构件(42)的外圆周从所述支撑环(44，64)向外突出，并且与所述滑孔(18)的内周表面接触；
其中，所述支撑环(44，64)通过整体地结合侧壁(42a，64a)和底壁(42b，64b)而形成，所述侧壁(42a,64a)支撑所述密封构件(42)的两侧，所述底壁(42b，64b)连接所述两个侧壁(42a,64a)的内端部；
其中，所述支撑环(44，64)的外直径小于所述滑孔(18)的内直径；
其中，不论横向负荷没有作用于所述分隔构件(13，50，60)或特定量的横向负荷作用于所述分隔构件(13，50，60)，所述支撑环(44，64)的外周表面位于所述分隔构件(13，50，60)的外周表面之外；并且
其中，当横向负荷没有作用于所述分隔构件(13，50，60)时，所述支撑环(44，64)的外周表面不与所述滑孔(18)的内周表面接触；和
当至少特定量的横向负荷作用于所述分隔构件(13，50，60)时，位于所述分隔构件(13，50，60)的外周表面之外的所述支撑环(44，64)的外周表面抵靠所述滑孔(18)的内周表面，从而防止所述分隔构件(13，50，60)与所述滑孔(18)的内周表面接触。
2.如权利要求1所述的流体压力设备(10)，其特征在于，其中，所述分隔构件(13，50)包括形成在其外圆周中的环形衬垫安装槽(24，52)；并且
所述支撑环(44)被安装在所述衬垫安装槽(24，52)中。
3.如权利要求2所述的流体压力设备，其特征在于，其中，环状第二密封构件(54)被插入到所述支撑环(44)的内周表面和所述衬垫安装槽(24，52)之间。
4.如权利要求3所述的流体压力设备(10)，其特征在于，其中，所述支撑环(44)被可倾斜地安装在所述衬垫安装槽(52)中；并且
当作用于所述分隔构件(50)的横向负荷等于或小于特定量时，所述分隔构件(50)的轴线倾斜于所述滑孔(18)的轴线，但是所述支撑环(44)的轴线被保持与所述滑孔(18)的轴线平行。
5.如权利要求1所述的流体压力设备(10)，其特征在于，其中，通过模制成型，所述支撑环(64)被形成在所述分隔构件(60)的外圆周上。
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