CN103511366A - 长距离恒力输出气浮装置 - Google Patents

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Abstract

长距离恒力输出气浮装置，包括输出气缸和跟随系统；所述输出气缸包括缸筒、连杆活塞、端盖、气浮垫；所述跟随系统包括直线导轨、滑块、固定板、连接支架、电机、激光位移传感器、反光板；所述连杆活塞套装在缸筒内，所述缸筒两端通过端盖密封；所述缸筒中部开有轴向凹槽，所述连接支架穿过轴向凹槽连接连杆活塞和固定板，所述固定板通过滑块安装在直线导轨上，所述电机可驱动滑块移动，所述气浮垫有两个且通过气浮垫座与固定板连接，所述激光位移传感器安装在固定板上；本发明利用输出气缸来输出恒力，利用跟随系统控制输出气缸实现长距离运动，无气管扰动影响、稳定性好、恒力输出精度高。

Description

长距离恒力输出气浮装置
技术领域
本发明涉及恒力输出装置。
背景技术
根据其不同的应用环境及应用要求，恒力输出有多种结构和实现方法。动态恒力输出是指将一个恒定的力值加载在动态运动的目标工件上。
通过砝码与目标工件吊挂是最为简单和常用的施加恒力的方法，由于砝码质量恒定，所以作用在目标工件上的力保持不变，但是当目标工件做加速或减速运动时，砝码会因自身惯性力的影响而产生一个作用在目标工件上的附加力，且砝码质量越大影响越大，因此这种方法只适用于目标工件低速或匀速运动的场合。力矩电机、液压气缸等也常被应用于恒力输出领域。如专利申请号为201120495617.7的“恒力输出的液压装置”就公布了一种通过PLC控制器、电磁比例阀、压力传感器输出精确力值的液压装置,但是此装置中压力传感器安装在液压装置的输出端，压力传感器处于运动状态，因此会影响测量值的精确度。气浮无摩擦气缸在实现超精密恒力输出控制、微压动作控制中得到广泛应用；活塞与缸筒间通过气体润滑不存在摩擦力，因此作用在活塞上的力与活塞的横截面积和缸筒内的气压大小有关；但是气体的响应速度慢，缸筒内活塞运动产生的体积变化会导致气压瞬变，引起输出恒力的波动，因此，气浮无摩擦气缸一般用来实现动作输出，恒压控制比较困难，难以保证输出力值的恒定，再者活塞与活塞壁间的气隙要求为微米级，加工精度要求非常高，受加工条件和加工精度的限制，超长行程的活塞难以实现。
发明内容
针对现有恒力输出装置中输出力值难以保持恒定、传感器测量不够精准、恒力输出精度不高、无法实现长距离恒力输出等问题，本发明提供一种稳定性好的、恒力输出精度高的长距离恒力输出气浮装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
长距离恒力输出气浮装置，包括输出气缸和跟随系统；所述输出气缸包括缸筒、连杆活塞、端盖、气浮垫；所述跟随系统包括直线导轨、滑块、固定板、连接支架、电机、激光位移传感器、反光板。
所述连杆活塞套装在缸筒内，所述缸筒两端通过端盖密封；所述缸筒中部开有轴向凹槽。所述连接支架穿过轴向凹槽连接连杆活塞和固定板，所述固定板通过滑块安装在直线导轨上，所述电机可驱动滑块移动。
所述连杆活塞包含两端凸起的第一活塞、第二活塞和中间的活塞杆，所述第一活塞、第二活塞与缸筒间留有极小的间隙，所述连接支架与活塞杆中部固接。
所述气浮垫有两个，所述气浮垫内表面为半圆型，所述气浮垫通过气浮垫座与固定板连接，所述气浮垫座上设有气浮进气口，所气浮垫内表面与缸筒外表面间留有极小间隙，所述气浮垫可通过调节旋钮调节其与缸筒外表面之间间隙的大小。
所述激光位移传感器安装在固定板上，所述反光板安装在端盖上，所述激光位移传感器与反光板位置相对。
所述连杆活塞中心有轴向通孔形成第一气浮进气孔，所述第一气浮进气孔两端通过密封塞密封；沿连杆活塞两端分别打轴向盲孔形成第一进气孔和第二进气孔，所述第一进气孔、第二进气孔、第一气浮进气孔之间相互隔离；所述连接支架中心开有第二气浮进气孔，所述第二气浮进气孔通过活塞杆中心的第一径向通孔与第一气浮进气孔相通，所述第一进气孔和第二进气分别通过活塞杆中心的第二径向通孔和第三径向通孔连接比例阀和储气罐；所述第二气浮进气孔和气浮垫座上的气浮进气口通过气管连接储气罐。
所述第一活塞和第二活塞上沿圆周均布径向节流孔，所述径向节流孔与第一气浮进气孔相通，所述径向节流孔内安装节流塞；所述第一活塞和第二活塞靠近端面处分别设有一圈凹槽，所述凹槽内均布径向盲孔形成第一卸气孔，从活塞杆一端分别向第一活塞和第二活塞打轴向盲孔形成第二卸气孔，所述第一卸气孔与第二卸气孔相通；所述径向节流孔沿轴向方向至少有两组；所述径向节流孔与第一卸气孔和第二卸气孔间相互隔离。
本发明的设计思路表现在：
为了实现长距离的恒力输出，本发明利用输出气缸来输出恒力，利用跟随系统控制输出气缸实现长距离运动。
输出气缸由缸筒和连杆活塞等组成，缸筒与连杆活塞间通过气膜润滑，通过连接支架将活塞与跟随系统固定连接，因此只要通过比例阀和储气罐控制通入缸筒和连杆活塞两端气压的压差保持恒定，则缸筒上输出的力值保持恒定。跟随系统由直线导轨、滑块、固定板等组成，连杆活塞和固定板连接，通过电机控制滑块带动固定板移动可控制连杆活塞的运动。缸筒运动过程中，激光位移传感器可测量出缸筒的位移，然后通过跟随系统控制连杆活塞运动相应的距离，使其始终位于缸筒中部位置，从而实现长距离的恒力输出，另一方面，减小了因连杆活塞运动引起缸筒腔体体积变化对气压产生的影响，进一步提高了恒力输出的精度。
连杆活塞上设有径向节流孔，高压气体从连杆活塞上的第一气浮进气孔进入，通过径向节流孔在连杆活塞与缸筒之间形成气膜，为缸筒提供支撑和润滑；连杆活塞上气浮供气和输出气缸供气均不会对缸筒运动产生影响；在缸筒两端增加了两个半圆形气浮垫，对缸筒提供了气浮支撑，提高了恒力输出的稳定性。
缸筒和活塞均为一体设计，一方面加工简单，另一方面能满足装配精度要求。缸筒上开有轴向凹槽，因此连接支架不会影响缸筒的运动。
连杆活塞上均设有凹槽和卸气孔，卸气孔与外界大气相通，在气膜形成的间隙内形成常压区，使间隙内存在压力梯度，促进稳定气膜的形成，承载能力好。
本发明的优点表现在：无气管扰动影响、稳定性好、恒力输出精度高。
附图说明
图1是长距离恒力输出气浮装置示意图
图2是连杆活塞示意图
图3是连杆活塞A-A截面示意图
具体实施方式
结合图1～3，长距离恒力输出气浮装置，包括输出气缸和跟随系统；所述输出气缸包括缸筒1、连杆活塞2、端盖29、气浮垫12；所述跟随系统包括直线导轨15、滑块13、固定板14、连接支架6、电机18、滚珠丝杠16、激光位移传感器9、反光板8。
所述连杆活塞2套装在缸筒1内，所述缸筒1两端通过端盖29密封；所述缸筒1中部开有轴向凹槽。所述连接支架6穿过轴向凹槽连接连杆活塞2和固定板14，所述固定板14通过滑块13安装在直线导轨15上，所述直线导轨15两端通过支座19支撑，所述电机18安装在支座19上且连接滚珠丝杠16，所述滚珠丝杠16通过螺母座连接固定板14。
所述连杆活塞2包含两端凸起的第一活塞、第二活塞和中间的活塞杆，所述第一活塞、第二活塞与缸筒1间留有极小的间隙，所述连接支架6与活塞杆中部固接。
所述气浮垫12有两个，所述气浮垫12内表面为半圆型，所述气浮垫12通过气浮垫座10与固定板14连接，所述气浮垫座10上设有气浮进气口28，所气浮垫12内表面与缸筒1外表面间留有极小间隙，所述气浮垫12可通过调节旋钮11调节其与缸筒1外表面之间间隙的大小。
所述激光位移传感器9安装在固定板14上，所述反光板8安装在端盖29上，所述激光位移传感器9与反光板8位置相对。
所述连杆活塞中心有轴向通孔形成第一气浮进气孔5，所述第一气浮进气孔5两端通过密封塞26密封；沿连杆活塞2两端分别打轴向盲孔形成第一进气孔22和第二进气孔25，所述第一进气孔22、第二进气孔25、第一气浮进气孔5之间相互隔离；所述连接支架6中心开有第二气浮进气孔7，所述第二气浮进气孔7通过活塞杆中心的第一径向通孔27与第一气浮进气孔5相通，所述第一进气孔22和第二进气孔25分别通过活塞杆中心的第二径向通孔24和第三径向通孔23连接比例阀和储气罐；所述第二气浮进气孔7和气浮垫座上的气浮进气口28通过气管连接储气罐。
所述第一活塞和第二活塞上沿圆周均布径向节流孔4，所述径向节流孔4与第一气浮进气孔5相通，所述径向节流孔4内安装节流塞；所述第一活塞和第二活塞靠近端面处分别设有一圈凹槽3，所述凹槽3内均布径向盲孔形成第一卸气孔20，从活塞杆一端分别向第一活塞和第二活塞打轴向盲孔形成第二卸气孔21，所述第一卸气孔20与第二卸气孔21相通；所述径向节流孔4沿轴向方向至少有两组；所述径向节流孔4与第一卸气孔20、第二卸气孔21间相互隔离。

Claims (1)

1.长距离恒力输出气浮装置，其特征在于：包括输出气缸和跟随系统；所述输出气缸包括缸筒、连杆活塞、端盖、气浮垫；所述跟随系统包括直线导轨、滑块、固定板、连接支架、电机、激光位移传感器、反光板；
所述连杆活塞套装在缸筒内，所述缸筒两端通过端盖密封；所述缸筒中部开有轴向凹槽；所述连接支架穿过轴向凹槽连接连杆活塞和固定板，所述固定板通过滑块安装在直线导轨上，所述电机可驱动滑块移动；
所述连杆活塞包含两端凸起的第一活塞、第二活塞和中间的活塞杆，所述第一活塞、第二活塞与缸筒间留有极小的间隙，所述连接支架与活塞杆中部固接；
所述气浮垫有两个，所述气浮垫内表面为半圆型，所述气浮垫通过气浮垫座与固定板连接，所述气浮垫座上设有气浮进气口，所气浮垫内表面与缸筒外表面间留有极小间隙，所述气浮垫可通过调节旋钮调节其与缸筒外表面之间间隙的大小；
所述激光位移传感器安装在固定板上，所述反光板安装在端盖上，所述激光位移传感器与反光板位置相对；
所述连杆活塞中心有轴向通孔形成第一气浮进气孔，所述第一气浮进气孔两端通过密封塞密封；沿连杆活塞两端分别打轴向盲孔形成第一进气孔和第二进气孔，所述第一进气孔、第二进气孔、第一气浮进气孔之间相互隔离；所述连接支架中心开有第二气浮进气孔，所述第二气浮进气孔通过活塞杆中心的第一径向通孔与第一气浮进气孔相通，所述第一进气孔和第二进气分别通过活塞杆中心的第二径向通孔和第三径向通孔连接比例阀和储气罐；所述第二气浮进气孔和气浮垫座上的气浮进气口通过气管连接储气罐；
所述第一活塞和第二活塞上沿圆周均布径向节流孔，所述径向节流孔与第一气浮进气孔相通，所述径向节流孔内安装节流塞；所述第一活塞和第二活塞靠近端面处分别设有一圈凹槽，所述凹槽内均布径向盲孔形成第一卸气孔，从活塞杆一端分别向第一活塞和第二活塞打轴向盲孔形成第二卸气孔，所述第一卸气孔与第二卸气孔相通；所述径向节流孔沿轴向方向至少有两组；所述径向节流孔与第一卸气孔和第二卸气孔间相互隔离。
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