CN103174702A - 压电致活塞振动的低摩擦特性气缸 - Google Patents

压电致活塞振动的低摩擦特性气缸 Download PDF

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Abstract

压电致活塞振动的低摩擦特性气缸，本发明属于气动技术领域，具体是降低气缸摩擦系数的技术领域。为了方便、快速、灵活地实现降低气缸的摩擦系数。在气缸总成的活塞的一个平面上，绕圆周均匀设置有多片压电伸缩片，并使每片压电伸缩片的一个平面都与这个平面连接，在气缸总成的活塞的另一个平面上，绕圆周均匀设置有多片压电伸缩片，并使每片压电伸缩片的一个平面都与这个平面连接，在气缸总成的活塞的一个平面和另一个平面上所设置的多片压电伸缩片的伸缩方向都与气缸总成的活塞的直径平行或垂直或有夹角a；所述所有压电伸缩片都由交流电驱动。本发明在压电伸缩片输入驱动信号时，能使活塞与缸筒的摩擦系数降低。

Description

压电致活塞振动的低摩擦特性气缸
技术领域
本发明属于气动技术领域，具体是降低气缸摩擦系数的技术领域。
背景技术
气缸爬行现象严重影响气缸的运动平稳性。为有效消除爬行现象，改善气缸低速运行特性，一种周知的方法是通过在控制信号上叠加颤振信号的方式来补偿气缸的摩擦力，消除气缸摩擦力的方向性，从而减轻了气缸爬行现象。但颤振信号的频率和幅度在实际应用时很难恰当把握，常常带来噪声、抖动等副作用。
另一种方法是利用气浮效应在气缸摩擦副之间引入一层气膜。使活塞和金属缸筒不直接接触，从而明显减少气缸动静摩擦力的差值，使气缸爬行现象得到很大改善。如专利CN102155465A。然而这种气浮低摩擦气缸在制造过程中，对气缸各零部件的加工精度提出了很高要求，且在大尺寸的气浮低摩擦气缸加工制造中存在很大难度。还有一种方法是在对低速性能要求较高的场合，气液联控伺服系统时常被使用。通过增加系统的阻尼的方式，气缸低速的爬行有了很大的改善。但这一系统往往体积加大，且易引入油液污染。
发明内容
为了方便、快速、灵活地实现降低气缸的摩擦系数，本发明提出了一种压电致活塞振动的低摩擦特性气缸。
所述压电致活塞振动的低摩擦特性气缸，是由气缸总成、多片压电伸缩片组成；
在气缸总成的活塞的一个平面上，绕圆周均匀设置有多片压电伸缩片，这个平面上的压电伸缩片的个数≥2，并使每片压电伸缩片的一个平面都与这个平面连接，在气缸总成的活塞的另一个平面上，绕圆周均匀设置有多片压电伸缩片，这个平面上的压电伸缩片的个数≥2，并使每片压电伸缩片的一个平面都与这个平面连接，在气缸总成的活塞的一个平面上所设置的多片压电伸缩片的位置相对气缸总成的活塞的另一个平面上所设置的多片压电伸缩片的位置相正对或之间有圆周错位角；在气缸总成的活塞的一个平面和另一个平面上所设置的多片压电伸缩片的伸缩方向都与气缸总成的活塞的直径平行或垂直或有夹角a；所述所有压电伸缩片都由交流电驱动。
本发明在压电伸缩片输入驱动信号时，能使活塞与缸筒的摩擦系数降低。它还具有结构简单、加工容易、维护方便、且易于控制。本发明在低速气缸领域有着广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明的整体及其局部剖视结构示意图；
图2是图1中活塞的左视结构示意图；
图3是图1中活塞的右视结构示意图；
图4是具体实施方式五的结构示意图；
图5是具体实施方式六的视结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1、图2、图3进行说明，本具体实施方式是由气缸总成1、多片压电伸缩片2组成；
在气缸总成1的活塞的一个平面1-1上，绕圆周均匀设置有多片压电伸缩片2，这个平面1-1上的压电伸缩片2的个数≥2，并使每片压电伸缩片2的一个平面都与这个平面1-1连接，在气缸总成1的活塞的另一个平面1-2上，绕圆周均匀设置有多片压电伸缩片2，这个平面1-2上的压电伸缩片2的个数≥2，并使每片压电伸缩片2的一个平面都与这个平面1-2连接，在气缸总成1的活塞的一个平面1-1上所设置的多片压电伸缩片2的位置相对气缸总成1的活塞的另一个平面1-2上所设置的多片压电伸缩片2的位置相正对或之间有圆周错位角；在气缸总成1的活塞的一个平面1-1和另一个平面1-2上所设置的多片压电伸缩片2的伸缩方向都与气缸总成1的活塞的直径平行或垂直或有夹角a；所述所有压电伸缩片2都由交流电驱动。
所述每片压电伸缩片2的一个平面与平面1-1的连接方式可为粘接、冷焊、化学方法。
所述压电伸缩片2的驱动交流电信号的波形可为正弦波形交流电信号、方波形交流电信号、三角波形交流电信号或锯齿形交流电信号。
所述压电伸缩片2可更换成磁致伸缩片、光致伸缩片或热致伸缩片。
所述气缸总成1的缸筒的材质为钛合金、铜合金、合金钢或铝合金。
具体实施方式二：参见图1、图2、图3进行说明，本具体实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述在气缸总成1的活塞的一个平面1-1上所设置的多片压电伸缩片2的个数与气缸总成1的活塞的另一个平面1-2上所设置的多片压电伸缩片2的个数相等。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：参见图1、图2、图3进行说明，本具体实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述在气缸总成1的活塞的一个平面1-1上所设置的多片压电伸缩片2的位置相对气缸总成1的活塞的另一个平面1-2上所设置的多片压电伸缩片2的位置之间有圆周错位角，其圆周错位角为0度或为π/n度，其中n为平面1-1上的压电伸缩片2的个数。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：参见图1、图2、图3进行说明，本具体实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述在气缸总成1的活塞的一个平面1-1和另一个平面1-2上所设置的多片压电伸缩片2的伸缩方向都与气缸总成1的活塞的直径平行；所述压电伸缩片2驱动交流电信号的频率和气缸总成1的活塞的本身对应的固有径向振动频率相同或相近；同一平面上相邻压电伸缩片2的驱动相位差90度。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：参见图4进行说明，本具体实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述在气缸总成1的活塞的一个平面1-1和另一个平面1-2上所设置的多片压电伸缩片2的伸缩方向都与气缸总成1的活塞的直径垂直；所述压电伸缩片2驱动交流电信号的频率和气缸总成1的活塞的本身对应的固有面内弯曲振动频率相同或相近；同一平面上相邻压电伸缩片2的驱动相位差90度。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：参见图5进行说明，本具体实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述在气缸总成1的活塞的一个平面1-1和另一个平面1-2上所设置的多片压电伸缩片2的伸缩方向都与气缸总成1的活塞的直径有夹角a；所述压电伸缩片2驱动交流电信号的频率和气缸总成1的活塞的本身对应的固有扭转振动频率相同或相近；同一平面上相邻压电伸缩片2的驱动相位相同。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
工作原理：它是通过驱动压电伸缩片2，使气缸总成1的活塞处在高频振动状态，利用活塞的高频径向振动或高频面内弯曲振动或高频扭转振动所产生的减摩效应降低活塞与缸筒的摩擦系数，从而使气缸具有低摩擦特性。
所谓高频振动减摩是指,在摩擦副的一面或多面引入高频振动,使摩擦副的一面或多面处于高频振动状态,进而摩擦副的摩擦系数减少的现象。高频一般指大于10000Hz。
所述压电伸缩片2与驱动装置的连接方式可为：将软线一端焊接在活塞上的压电伸缩片2上（可同时将软线这端与活塞面进行绝缘加固连接，防止焊点被拉坏），然后软线另一端穿过气缸总成1的缸筒上的孔后与驱动装置连接，缸筒上的孔再进行密封。

Claims (8)

1.压电致活塞振动的低摩擦特性气缸，其特征在于它是由气缸总成（1）、多片压电伸缩片（2）组成；
在气缸总成（1）的活塞的一个平面（1-1）上，绕圆周均匀设置有多片压电伸缩片（2），这个平面（1-1）上的压电伸缩片（2）的个数≥2，并使每片压电伸缩片（2）的一个平面都与这个平面（1-1）连接，在气缸总成（1）的活塞的另一个平面（1-2）上，绕圆周均匀设置有多片压电伸缩片（2），这个平面（1-2）上的压电伸缩片（2）的个数≥2，并使每片压电伸缩片（2）的一个平面都与这个平面（1-2）连接，在气缸总成（1）的活塞的一个平面（1-1）上所设置的多片压电伸缩片（2）的位置相对气缸总成（1）的活塞的另一个平面（1-2）上所设置的多片压电伸缩片（2）的位置相正对或之间有圆周错位角；在气缸总成（1）的活塞的一个平面（1-1）和另一个平面（1-2）上所设置的多片压电伸缩片（2）的伸缩方向都与气缸总成（1）的活塞的直径平行或垂直或有夹角a；所述所有压电伸缩片（2）都由交流电驱动。
2.根据权利要求1所述的压电致活塞振动的低摩擦特性气缸，其特征在于所述在气缸总成（1）的活塞的一个平面（1-1）上所设置的多片压电伸缩片（2）的个数与气缸总成（1）的活塞的另一个平面（1-2）上所设置的多片压电伸缩片（2）的个数相等。
3.根据权利要求1所述的压电致活塞振动的低摩擦特性气缸，其特征在于所述在气缸总成（1）的活塞的一个平面（1-1）上所设置的多片压电伸缩片（2）的位置相对气缸总成（1）的活塞的另一个平面（1-2）上所设置的多片压电伸缩片（2）的位置之间有圆周错位角，其圆周错位角为0度或为π/n度，其中n为平面（1-1）上的压电伸缩片（2）的个数。
4.根据权利要求1所述的压电致活塞振动的低摩擦特性气缸，其特征在于所述在气缸总成（1）的活塞的一个平面（1-1）和另一个平面（1-2）上所设置的多片压电伸缩片（2）的伸缩方向都与气缸总成（1）的活塞的直径平行；所述压电伸缩片（2）驱动交流电信号的频率和气缸总成（1）的活塞的本身对应的固有径向振动频率相同或相近；同一平面上相邻压电伸缩片（2）的驱动相位差90度。
5.根据权利要求1所述的压电致活塞振动的低摩擦特性气缸，其特征在于所述在气缸总成（1）的活塞的一个平面（1-1）和另一个平面（1-2）上所设置的多片压电伸缩片（2）的伸缩方向都与气缸总成（1）的活塞的直径垂直；所述压电伸缩片（2）驱动交流电信号的频率和气缸总成（1）的活塞的本身对应的固有面内弯曲振动频率相同或相近；同一平面上相邻压电伸缩片（2）的驱动相位差90度。
6.根据权利要求1所述的压电致活塞振动的低摩擦特性气缸，其特征在于所述在气缸总成（1）的活塞的一个平面（1-1）和另一个平面（1-2）上所设置的多片压电伸缩片（2）的伸缩方向都与气缸总成（1）的活塞的直径有夹角a；所述压电伸缩片（2）驱动交流电信号的频率和气缸总成（1）的活塞的本身对应的固有扭转振动频率相同或相近；同一平面上相邻压电伸缩片（2）的驱动相位相同。
7.根据权利要求1所述的压电致活塞振动的低摩擦特性气缸，其特征在于所述每片压电伸缩片（2）的一个平面与平面（1-1）的连接方式可为粘接、冷焊、化学方法。
8.根据权利要求1所述的压电致活塞振动的低摩擦特性气缸，其特征在于所述压电伸缩片（2）的驱动交流电信号的波形可为正弦波形交流电信号、方波形交流电信号、三角波形交流电信号或锯齿形交流电信号。
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