CN103527552B - 一种不受低压影响的双向恒力气动输出装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不受低压影响的双向恒力气动输出装置，包括连杆活塞、缸筒、储气套、气浮套；所述气浮套包含第一气浮套、第二气浮套和第三气浮套，所述储气套包含第一储气套和第二储气套；所述第一气浮套套装在第一储气套内，所述第一储气套与缸筒端面固接，所述第二气浮套套装在第一储气套的上端，所述第三气浮套套装在缸筒的下端，所述第二储气套套装在缸筒外；所述连杆活塞由长杆、短杆和中间活塞组成，所述中间活塞套装在缸筒内，所述中间活塞的活塞壁与缸筒之间留有极小的间隙，所述长杆穿过第一气浮套、第二气浮套，所述短杆端穿过第三气浮套。本发明可实现恒力输出，无气管扰动影响、气膜形成更稳定、控制精度高。

Description

一种不受低压影响的双向恒力气动输出装置

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；专利申请号为201110072339.9的“带有气浮轴承的无摩擦气缸”公布了一种气浮无摩擦气缸，由于其活塞杆上连接进气管道，会对输出的力值产生影响；再者气体的响应速度慢，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。

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、微小恒力难以控制等问题，本发明提供一种可实现双向控制、不受气管扰动影响、输出力值精确、稳定性好的一种双向恒力气动输出装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种不受低压影响的双向恒力输出装置，包括连杆活塞、缸筒、储气套，气浮套；所述气浮套包含第一气浮套、第二气浮套和第三气浮套，所述储气套包含第一储气套和第二储气套。

所述第一气浮套套装在第一储气套内，所述第一储气套与缸筒端面固接，所述第二气浮套套装在第一储气套的上端，所述第三气浮套套装在缸筒的下端，所述第二储气套套装在缸筒外。

所述连杆活塞由长杆、短杆和中间活塞组成，所述中间活塞套装在缸筒内，所述中间活塞的活塞壁与缸筒之间留有极小间隙，所述长杆穿过第一气浮套、第二气浮套，且和第一气浮套、第二气浮套内壁间留有极小间隙，所述短杆穿过第三气浮套，且和第三气浮套内壁间留有极小间隙。

所述第一储气套与长杆之间形成第一储气腔，所述第二储气套与缸筒间形成相互独立的第二储气腔和第三储气腔；所述缸筒与长杆之间形成第一进气腔，所述缸筒与短杆之间形成第二进气腔。

所述第一储气套上设有第一进气口，所述第一进气口与第一储气腔相通；所述第二储气套一端设有第二进气口，所述第二储气套的另一端设有第三进气口，所述第二进气口与第二储气腔相通，所述第三进气口与第三储气腔相通；所述缸筒的一端设有第四进气口，所述缸筒的另一端设有第五进气口和气浮进气口，所述第四进气口连通第一进气腔和第二储气腔，所述第五进气口连通第二进气腔和第三储气腔，所述气浮进气口位于第二储气套外。

所述第二进气口和第三进气口通过气管与换向阀连接，所述换向阀连接气压表。

所述长杆中心打轴向盲孔形成第一进气孔，所述中间活塞上沿圆周均布第一径向节流孔，所述第一径向节流孔与所述第一进气孔相通，所述第一径向节流孔内套装节流塞，所述第一径向节流孔沿轴向方向至少有两组；所述长杆上开有径向通孔形成第二进气孔，所述第二进气孔与第一进气孔相通，所述第二进气孔位于第一储气腔内；所述长杆端面套装密封盖。

所述连杆活塞上设有第一卸压槽，所述第一卸压槽包含中间活塞外圆柱面上的第一凹槽、第一凹槽内均布的第一径向盲孔、短杆内均布的与第一径向盲孔相通的第一轴向盲孔；所述第一凹槽至少有两组且位于第一径向节流孔的两侧；所述第一卸压槽与所述第一径向节流孔、第一进气孔之间相互隔离。

所述第一气浮套上均布轴向盲孔形成第二进气孔，所述第二进气孔与第一储气腔相通，所述第一气浮套沿圆周均布第二径向节流孔，所述第二径向节流孔与所述第二进气孔相通，所述第二径向节流孔内套装节流塞。所述第一气浮套上设有第二卸压槽，所述第二卸压槽包含内圆柱面上的第二凹槽、第二凹槽内的第二径向盲孔和第二径向通孔、与第二径向盲孔和第二径向通孔相通的第二轴向盲孔；所述第二轴向盲孔一端通过密封塞密封，所述第二径向通孔与外界大气相通；所述第二凹槽有两组且位于第二径向节流孔的两侧，所述第二卸压槽与第二径向节流孔之间相互隔离。

所述第二气浮套上均布轴向盲孔形成第三进气孔，所述第三进气孔与第一储气腔相通，所述第二气浮套沿圆周均布第三径向节流孔，所述第三径向节流孔与所述第三进气孔相通，所述第三径向节流孔内套装节流塞。所述第二气浮套上设有第三卸压槽，所述第三卸压槽包含内圆柱面上的第三凹槽、第三凹槽内均布的第三径向盲孔、与第三径向盲孔相通的第三轴向盲孔；所述第三凹槽靠近第一储气腔，所述第三轴向盲孔一端与外界大气相通，所述第三卸压槽与第三径向节流孔之间相互隔离。

所述第三气浮套外圆柱面上设有第四凹槽，所述第四凹槽与缸筒上的气浮进气口相通，所述第四凹槽内沿圆周均布第四径向节流孔，所述第四径向节流孔内套装节流塞。所述第三气浮套上设有第四卸压槽，所述第四卸压槽包含内圆柱面上的第五凹槽、第五凹槽内均布的第四径向盲孔、与第四径向盲孔相通的第四轴向盲孔；所述第五凹槽靠近第二进气腔，所述第四轴向盲孔一端与外界大气相通，所述第四卸压槽与第四径向节流孔之间相互隔离。

本发明的设计思路表现在：

一种不受低压影响的双向恒力输出装置，其连杆活塞由长杆、短杆和中间活塞部分组成，连杆活塞与缸筒间形成两个进气腔，缸筒外套装有第二储气套，相当于增加了进气腔的容积，活塞运动引起的容积变化对气压突变的影响较小，提高了恒力输出的精度；第二储气套上有两个独立的供气口，两个供气口通过气管与两位五通阀连接，改变进气的方向即可控制连杆活塞的双向运动。

长杆外套装有第一储气套形成第一储气腔，第一储气腔内的气体通过长杆上的第一进气孔和第二进气孔进入到连杆活塞内，再通过中间活塞上的第一径向节流孔在活塞壁与缸筒间形成稳定气膜，此种供气方式一方面避免了采用气管供气时的扰动影响，另一方面改变了原有无摩擦气缸采用缸筒自身高压气体供气的方式，活塞与缸筒间的气膜形成更稳定。

第一储气套和缸筒之间通过第一气浮套密封，缸筒和第一储气套两端分别通过第二气浮套和第三气浮套密封。第一气浮套和第二气浮套均采用第一储气腔内的气体供气。气浮套为活塞提供密封和支撑，供气方式简单，承载能力强。

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。

本发明的优点是：无气管扰动影响、气膜形成更稳定、可实现微小恒力输出、控制精度高。

说明书附图

图1是一种不受低压影响的双向恒力气动输出装置示意图

图2是连杆活塞示意图

图3是第一气浮套示意图

图4是第二气浮套示意图

图5是第三气浮套示意图

具体实施方式

结合附图1～5，一种不受低压影响的双向恒力气动输出装置，包括连杆活塞2、缸筒16、储气套，气浮套；气浮套包含第一气浮套12、第二气浮套4和第三气浮套21，储气套包含第一储气套8和第二储气套15。

第一气浮套12套装在第一储气套8内，第一储气套8与缸筒16端面固接，第二气浮套4套装在第一储气套8的上端，第三气浮套21套装在缸筒16的下端，第二储气套15套装在缸筒16外。

连杆活塞2由长杆、短杆和中间活塞组成，中间活塞套装在缸筒16内，中间活塞的活塞壁与缸筒16之间留有极小间隙，长杆穿过第一气浮套12、第二气浮套4且和第一气浮套12、第二气浮套4内壁间留有极小间隙，短杆穿过第三气浮套21且和第三气浮套21内壁间留有极小间隙。

第一储气套8与长杆之间形成第一储气腔9，第二储气套15与缸筒间形成相互独立的第二储气腔和第三储气腔；缸筒16与长杆之间形成第一进气腔27，缸筒与短杆之间形成第二进气腔24。

第一储气套8上设有第一进气口10，第一进气口10与第一储气腔9相通；第二储气套15两端分别设有第二进气口40、第三进气口41，第二进气口40、第三进气口41分别与第二储气腔和第三储气腔相通；缸筒16两端分别设有第四进气口14、第五进气口19和气浮进气口20，第四进气口14连通第一进气腔27和第二储气腔，第五进气口19连通第二进气腔24和第三储气腔，气浮进气口20位于第二储气套15外。

第二进气口40和第三进气口41通过气管与换向阀17连接，换向阀17连接气压表18。

长杆中心打轴向盲孔形成第一进气孔3，中间活塞上沿圆周均布第一径向节流孔26，第一径向节流孔26与所述第一进气孔3相通，第一径向节流孔26内套装节流塞，第一径向节流孔26沿轴向方向有两组；长杆上开有径向通孔形成第二进气孔11，第二进气孔11与第一进气孔3相通，第二进气孔11位于第一储气腔内；长杆端面套装密封盖1。

连杆活塞上设有第一卸压槽，第一卸压槽包含中间活塞外圆柱面上的第一凹槽25、第一凹槽25内均布的第一径向盲孔39、短杆内均布的与第一径向盲孔39相通的第一轴向盲孔38；第一凹槽25有两组且位于第一径向节流孔26的两侧；第一卸压槽与第一节流孔26、第一进气孔3之间相互隔离。

第一气浮套12上均布轴向盲孔形成第二进气孔29，第二进气孔29与第一储气腔9相通，第一气浮套12沿圆周均布第二径向节流孔13，第二径向节流孔13与所述第二进气孔29相通，第二径向节流孔13内套装节流塞。第一气浮套12上设有第二卸压槽，第二卸压槽包含内圆柱面上的第二凹槽28、第二凹槽28内的第二径向盲孔33和第二径向通孔35、与第二径向盲33孔和第二径向通孔35相通的第二轴向盲孔34；第二轴向盲孔34一端通过密封塞32密封，第二径向通孔35与外界大气相通；第二凹槽28有两组且位于第二径向节流孔13的两侧，第二卸压槽与第二径向节流孔13之间相互隔离。

第二气浮套4上均布轴向盲孔形成第三进气孔6，第三进气孔6与第一储气腔9相通，第二气浮套4沿圆周均布第三径向节流孔5，第三径向节流孔5与所述第三进气孔6相通，第三径向节流孔5内套装节流塞。第二气浮套4上设有第三卸压槽，第三卸压槽包含内圆柱面上的第三凹槽7、第三凹槽7内均布的第三径向盲孔31、与第三径向盲孔31相通的第三轴向盲孔30；第三凹槽7靠近第一储气腔9，第三轴向盲孔30一端与外界大气相通，第三卸压槽与第三径向节流孔5之间相互隔离。

第三气浮套21外圆柱面上设有第四凹槽42，第四凹槽42与缸筒16上的气浮进气口20相通，第四凹槽42内沿圆周均布第四径向节流孔22，第四径向节流孔22内套装节流塞。第三气浮套21上设有第四卸压槽，第四卸压槽包含内圆柱面上的第五凹槽23、第五凹槽23内均布的第四径向盲孔36、与第四径向盲孔36相通的第四轴向盲孔37；第五凹槽23靠近第二进气腔24，第四轴向盲孔37一端与外界大气相通，第四卸压槽与第四径向节流孔22之间相互隔离。

Claims (2)

1.一种不受低压影响的双向恒力气动输出装置，其特征在于：包括连杆活塞、缸筒、储气套、气浮套；所述气浮套包含第一气浮套、第二气浮套和第三气浮套，所述储气套包含第一储气套和第二储气套；

所述第一气浮套套装在第一储气套内，所述第一储气套与缸筒端面固接，所述第二气浮套套装在第一储气套的上端，所述第三气浮套套装在缸筒的下端，所述第二储气套套装在缸筒外；

所述连杆活塞由长杆、短杆和中间活塞组成，所述中间活塞套装在缸筒内，所述中间活塞的活塞壁与缸筒之间留有极小间隙，所述长杆穿过第一气浮套、第二气浮套且和第一气浮套、第二气浮套内壁间留有极小间隙，所述短杆穿过第三气浮套且和第三气浮套内壁间留有极小间隙；

所述第一储气套与长杆之间形成第一储气腔，所述第二储气套与缸筒间形成相互独立的第二储气腔和第三储气腔；所述缸筒与长杆之间形成第一进气腔，所述缸筒与短杆之间形成第二进气腔；

所述第一储气套上设有第一进气口，所述第一进气口与第一储气腔相通；所述第二储气套一端设有第二进气口，所述第二储气套的另一端设有第三进气口，所述第二进气口与第二储气腔相通，所述第三进气口与第三储气腔相通；所述缸筒的一端设有第四进气口，所述缸筒的另一端设有第五进气口和气浮进气口，所述第四进气口连通第一进气腔和第二储气腔，所述第五进气口连通第二进气腔和第三储气腔，所述气浮进气口位于第二储气套外；

所述第二进气口和第三进气口通过气管与换向阀连接，所述换向阀连接气压表；

所述长杆中心打轴向盲孔形成第一进气孔，所述中间活塞上沿圆周均布第一径向节流孔，所述第一径向节流孔与所述第一进气孔相通，所述第一径向节流孔内套装节流塞，所述第一径向节流孔沿轴向方向至少有两组；所述长杆上开有径向通孔形成第二进气孔，所述第二进气孔与第一进气孔相通，所述第二进气孔位于第一储气腔内；所述长杆端面套装密封盖；

所述连杆活塞上设有第一卸压槽，所述第一卸压槽包含中间活塞外圆柱面上的第一凹槽、第一凹槽内均布的第一径向盲孔、短杆内均布的与第一径向盲孔相通的第一轴向盲孔；所述第一凹槽至少有两组且位于第一径向节流孔的两侧；所述第一卸压槽与所述第一径向节流孔、第一进气孔之间相互隔离。

2.如权利要求1所述的一种不受低压影响的双向恒力气动输出装置，其特征在于：所述第一气浮套上均布轴向盲孔形成第二进气孔，所述第二进气孔与第一储气腔相通，所述第一气浮套沿圆周均布第二径向节流孔，所述第二径向节流孔与所述第二进气孔相通，所述第二径向节流孔内套装节流塞；所述第一气浮套上设有第二卸压槽，所述第二卸压槽包含内圆柱面上的第二凹槽、第二凹槽内的第二径向盲孔和第二径向通孔、与第二径向盲孔和第二径向通孔相通的第二轴向盲孔；所述第二轴向盲孔一端通过密封塞密封，所述第二径向通孔与外界大气相通；所述第二凹槽有两组且位于第二径向节流孔的两侧，所述第 二卸压槽与第二径向节流孔之间相互隔离；

所述第二气浮套上均布轴向盲孔形成第三进气孔，所述第三进气孔与第一储气腔相通，所述第二气浮套沿圆周均布第三径向节流孔，所述第三径向节流孔与所述第三进气孔相通，所述第三径向节流孔内套装节流塞；所述第二气浮套上设有第三卸压槽，所述第三卸压槽包含内圆柱面上的第三凹槽、第三凹槽内均布的第三径向盲孔、与第三径向盲孔相通的第三轴向盲孔；所述第三凹槽靠近第一储气腔，所述第三轴向盲孔一端与外界大气相通，所述第三卸压槽与第三径向节流孔之间相互隔离；

所述第三气浮套外圆柱面上设有第四凹槽，所述第四凹槽与缸筒上的气浮进气口相通，所述第四凹槽内沿圆周均布第四径向节流孔，所述第四径向节流孔内套装节流塞；所述第三气浮套上设有第四卸压槽，所述第四卸压槽包含内圆柱面上的第五凹槽、第五凹槽内均布的第四径向盲孔、与第四径向盲孔相通的第四轴向盲孔；所述第五凹槽靠近第二进气腔，所述第四轴向盲孔一端与外界大气相通，所述第四卸压槽与第四径向节流孔之间相互隔离。