CN103511368B - 超长恒力输出气浮装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超长恒力输出气浮装置，包括输出气缸和跟随装置；所述输出气缸包括缸筒、连杆活塞、端盖、输出轴、限位块、大储气罐，所述跟随装置包括滑块、直线导轨、电机、滚珠丝杠、激光传感器等；所述输出气缸通过连接板连接跟随装置；所述活塞套装在缸筒内，所述缸筒两端通过端盖密封，所述缸筒下安装连接板，所述连接板与滑块固接，所述滑块套装在直线导轨上，所述直线导轨两端通过支座支撑，所述电机安装在支座上且连接滚珠丝杠，所述滚珠丝杠通过螺母座连接连接板。本发明利用输出气缸来输出恒力，利用跟随装置控制输出气缸实现长距离运动，精度高、稳定性好。

Description

超长恒力输出气浮装置

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、恒力输出精度高的超长恒力输出气浮装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

超长恒力输出气浮装置，包括输出气缸和跟随装置；所述输出气缸包括缸筒、连杆活塞、端盖、输出轴、限位块、大储气罐；所述跟随装置包括滑块、直线导轨、电机、滚珠丝杠、激光传感器；所述输出气缸通过连接板连接跟随装置。

所述活塞套装在缸筒内，所述缸筒两端通过端盖密封，所述缸筒下安装连接板，所述连接板与滑块固接，所述滑块套装在直线导轨上，所述直线导轨两端通过支座支撑，所述电机安装在支座上且连接滚珠丝杠，所述滚珠丝杠通过螺母座连接连接板。

所述缸筒中部开有两处上下对称的轴向凹槽，所述轴向凹槽两端安装限位块，所述激光传感器固定在限位块上。

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，所述活塞杆中部连接输出轴，所述输出轴穿过缸筒上的轴向凹槽，所述激光位移传感器可测量其与输出轴之间的距离。

所述缸筒两端分别设有第一进气口和第二进气口。所述第一进气口和第二进气口通过气管分别连接比例阀和大储气罐。

所述第一活塞和第二活塞上沿圆周均布径向节流孔，所述第一活塞和第二活塞分别沿端面打轴向盲孔形成进气孔，所述进气孔与所述径向节流孔相通；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，所述径向节流孔内安装节流塞，所述径向节流孔、进气孔与第一卸气孔和第二卸气孔间相互隔离。

本发明的设计思路及优点表现在：

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，利用跟随装置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，通过连接板将缸筒与跟随装置连接，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。跟随装置由直线导轨、滑块、滚珠丝杠等组成，缸筒通过连接板和滑块固定，滚珠丝杠通过螺母座连接连接板，通过电机和滚珠丝杠可控制缸筒移动。活塞中部连接输出轴，激光位移传感器可测量出输出轴的位移，然后通过跟随装置控制缸筒运动相应的距离，使输出轴始终位于其有效行程内，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。缸筒两端分别设有两个进气口，进气口通过气管连接比例阀和大储气罐，通过比例阀和储气罐控制缸筒两端输入气压的压力大小，控制精度高。

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。

连杆活塞上均布径向节流孔，缸筒内的高压气体通过进气孔进入径向节流孔，在缸筒与活塞的间隙形成气膜，两处气膜为活塞提供支撑和润滑，结构及供气方式简单、承载能力好。

径向节流孔附近均设有卸压槽，卸压槽与外界常压相通，一方面防止缸筒内高压气体进入气浮间隙对气膜产生影响，起到密封作用，另一方面在间隙内形成常压区，促进气膜的形成。

缸筒中部开有两处上下对称的轴向凹槽，活塞杆中部连接输出轴，输出轴穿过缸筒上的轴向凹槽，输出轴的运动范围在轴向凹槽内。

附图说明

图1是超长恒力输出气浮装置示意图

图2是缸筒立体示意图

图3是连杆活塞示意图

具体实施方式

结合图1～3，超长恒力输出气浮装置，包括输出气缸和跟随装置；所述输出气缸包括缸筒3、连杆活塞6、端盖1、输出轴8、限位块、大储气罐，所述跟随装置包括滑块、直线导轨17、电机19、滚珠丝杠16、激光传感器13等；所述输出气缸通过连接板14连接跟随装置。

活塞6套装在缸筒3内，缸筒3两端通过端盖1密封，所述缸筒3下安装连接板14，所述连接板14有两块，所述连接板14两端分别与滑块固接，所述滑块套装在两条平行的直线导轨17上，所述直线导轨17两端通过支座18支撑，所述电机19安装在支座18上且连接滚珠丝杠16，所述滚珠丝杠16通过螺母座15连接连接板14。

缸筒3中部开有两处上下对称的轴向凹槽，轴向凹槽两端安装限位块10，所述激光传感器13固定在限位块10上。

连杆活塞6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3间留有极小的间隙，活塞杆中部连接输出轴8，输出轴8穿过缸筒3上的轴向凹槽，所述激光位移传感器13可测量其与输出轴8之间的距离。

缸筒3两端分别设有第一进气口2和第二进气口9。

第一活塞和第二活塞上沿圆周均布径向节流孔5，径向节流孔内安装节流塞；第一活塞和第二活塞分别沿端面打轴向盲孔形成进气孔7，进气孔7与所述径向节流孔5相通；第一活塞和第二活塞靠近端面处分别设有一圈凹槽4，凹槽4内均布径向盲孔形成第一卸气孔11，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12，第一卸气孔11与第二卸气孔12相通。

径向节流孔5沿轴向方向至少有两组；径向节流孔5、进气孔7与第一卸气孔11和第二卸气孔12间相互隔离。

Claims (1)

1.一种超长恒力输出气浮装置，其特征在于：包括输出气缸和跟随装置；所述输出气缸包括缸筒、连杆活塞、端盖、输出轴、限位块、大储气罐，所述跟随装置包括滑块、直线导轨、电机、滚珠丝杠、激光传感器；所述输出气缸通过连接板连接跟随装置；

所述活塞套装在缸筒内，所述缸筒两端通过端盖密封，所述缸筒下安装连接板，所述连接板与滑块固接，所述滑块套装在直线导轨上，所述直线导轨两端通过支座支撑，所述电机安装在支座上且连接滚珠丝杠，所述滚珠丝杠通过螺母座连接连接板；

所述缸筒中部开有两处上下对称的轴向凹槽，所述轴向凹槽两端安装限位块，所述激光传感器固定在限位块上；

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，所述活塞杆中部连接输出轴，所述输出轴穿过缸筒上的轴向凹槽，所述激光位移传感器可测量其与输出轴之间的距离；

所述缸筒两端分别设有第一进气口和第二进气口；所述第一进气口和第二进气口通过气管分别连接比例阀和大储气罐；

所述第一活塞和第二活塞上沿圆周均布径向节流孔，所述第一活塞和第二活塞分别沿端面打轴向盲孔形成进气孔，所述进气孔与所述径向节流孔相通；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，所述径向节流孔内安装节流塞，所述径向节流孔、进气孔与第一卸气孔和第二卸气孔间相互隔离。