CN103527568A - 一种带导轨跟随的恒力输出气浮装置 - Google Patents

Abstract

一种带导轨跟随的恒力输出气浮装置，包括输出气缸和跟随装置；所述跟随装置包括滑块、直线导轨、电机、滚珠丝杠、激光位移传感器；滑块套装在直线导轨上，电机连接滚珠丝杠，输出气缸包括活塞、活塞杆、缸筒、端盖、缸筒盖、进气套，缸筒下安装连接板，连接板与滑块固接，滚珠丝杠通过螺母座连接连接板，活塞杆连接活塞，活塞套装在缸筒内，缸筒两端分别套装端盖和缸筒盖，活塞杆穿过缸筒盖，进气套包含第一进气套和第二进气套，第一进气套套装在缸筒上，第二进气套套装在缸筒盖上，激光位移传感器安装在恒力输出气缸上。本发明利用恒力输出气缸输出恒力，利用跟随装置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

一种带导轨跟随的恒力输出气浮装置

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、带导轨跟随的恒力输出气浮装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种带导轨跟随的恒力输出气浮装置，包括输出气缸和跟随装置；

所述跟随装置包括滑块、直线导轨、电机、滚珠丝杠；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。

所述输出气缸包括活塞、活塞杆、缸筒、端盖、缸筒盖、进气套，所述所述缸筒下安装连接板，所述连接板与滑块固接，所述滚珠丝杠通过螺母座连接连接板。

所述活塞杆连接活塞，所述活塞套装在缸筒内且和缸筒壁间存有极小间隙，所述缸筒两端分别套装端盖和缸筒盖，所述活塞杆穿过缸筒盖且和缸筒盖内壁间存有极小间隙；

所述进气套包含第一进气套和第二进气套。所述第一进气套套装在缸筒上，所述第二进气套套装在缸筒盖上。

所述第一进气套和缸筒间留有间隙形成第一储气腔，所述第一进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。所述第二进气套和缸筒盖间留有间隙形成第二储气腔，所述第二进气套上设有第二进气口，所述第二进气口与第二储气腔相通。

所述缸筒沿圆周均布第一径向节流孔，所述第一径向节流孔与第一储气腔相通，所述第一径向节流孔沿轴向方向至少有两组，所述第一径向节流孔内安装节流塞。

所述缸筒盖上沿圆周均布第二径向节流孔，所述第二径向节流孔与第二储气腔相通，所述第二径向节流孔沿轴向方向至少有两组，所述第二径向节流孔内安装节流塞。

所述活塞上设有第一卸压槽，所述第一卸压槽包含活塞中心的轴向盲孔、活塞外圆柱面上的第一凹槽、第一凹槽内的第一径向通孔；所述第一径向通孔与轴向盲孔相通，所述第一凹槽至少有两组且位于活塞的两端。

所述活塞杆中心开有轴向通孔形成卸气孔，所述卸气孔与活塞中心的轴向盲孔相通。

所述缸筒盖上设有第二卸压槽，所述第二卸压槽包含缸筒盖内壁上的第二凹槽、第二凹槽内的第二径向通孔；所述第二径向通孔与外界大气相通。

所述端盖上设有进气孔，所述缸筒盖上设有出气孔；所述进气孔通过气管连接气压传感器和大储气罐，所述大储气罐内储存恒压气体。

所述端盖与缸筒之间、缸筒与第一进气套之间、缸筒盖与缸筒之间、缸筒盖与第二进气套之间均采用O型圈密封。

所述一种带导轨跟随的恒力输出气浮装置还包括激光位移传感器和反光板，所述激光位移传感器安装在恒力输出气缸的缸筒盖上，所述反光板套装在活塞杆上，所述激光位移传感器可测量出活塞杆的位移。

本发明的设计思路表现在：

为了实现长距离的恒力输出，本发明利用恒力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。

恒力输出气缸通过气膜润滑，活塞与缸筒壁间不存在摩擦，因此只要通过比例阀和储气罐控制通入缸筒内腔的气压保持恒定，则活塞杆上输出的力值保持恒定。

恒力输出气缸的行程有限，因此通过连接板连接跟随装置；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。恒力输出气缸的缸筒盖上安装有激光位移传感器，激光位移传感器可测量出活塞杆的位移，然后通过跟随装置控制缸筒运动相应的距离，使活塞杆始终位于其有效行程内，从而实现长距离的恒力输出。

进气孔通过气管与大储气罐连接，大储气罐内储存恒压气体，相当于增大了缸筒进气腔的容积，活塞运动引起的容积变化对气压突变的影响较小，另一方面，减小了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。

缸筒和缸筒盖上分别设有径向节流孔，径向节流孔外套有进气套，高压气体从进气套上的进气口进入，通过径向节流孔在活塞与缸筒之间、活塞杆与缸筒盖之间形成气膜，为活塞提供支撑和润滑；活塞不受进气管路的影响，进气方式简单，稳定性好。

活塞和缸筒盖上均设有卸压槽，卸压槽与外界大气相通，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；缸筒上的径向节流孔位于缸筒的中部位置，活塞有一定的长度，在活塞移动过程中，可保证缸筒上的径向节流孔始终在其运动范围内。

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是一种带导轨跟随的恒力输出气浮装置示意图

具体实施方式

结合图1，一种带导轨跟随的恒力输出气浮装置，包括输出气缸和跟随装置；跟随装置包括滑块、两根直线导轨24、电机29、滚珠丝杠25；滑块有两个且分别套装在直线导轨24上，直线导轨24两端通过支座28支撑，电机29安装在支座28上且连接滚珠丝杠25。

输出气缸包括活塞5、活塞杆17、缸筒4、端盖1、缸筒盖12、进气套，缸筒4下安装连接板27，所述连接板27与两个滑块固接，滚珠丝杠25通过螺母座26连接连接板27。

活塞5套装在缸筒4内且和缸筒壁间存有极小间隙，缸筒4两端分别套装端盖1和缸筒盖12，活塞杆17连接活塞5，活塞杆17穿过缸筒盖12且和缸筒盖内壁间存有极小间隙；端盖1上设有进气孔2，缸筒盖12上设有出气孔11；进气孔2通过气管连接气压传感器和大储气罐，大储气罐内储存恒压气体。

进气套包含第一进气套7和第二进气套14，第一进气套7套装在缸筒4上，第二进气套14套装在缸筒盖12上，第一进气套7和缸筒4间留有间隙形成第一储气腔22，第二进气套和缸筒盖间留有间隙形成第二储气腔20，第一进气套7上设有第一进气口8，第一进气口8与第一储气腔相通22，第二进气套14上设有第二进气口16，第二进气口16与第二储气腔20相通。

缸筒4沿圆周均布第一径向节流孔9，第一径向节流孔9沿轴向方向有两组，第一径向节流孔9与第一储气腔22相通；缸筒盖12沿圆周均布第二径向节流孔15，第二径向节流孔15沿轴向方向有两组，第二径向节流孔15与第二储气腔20相通；第一径向节流孔9和第二径向节流孔15内均安装有节流塞。

活塞上设有第一卸压槽，第一卸压槽包含活塞中心的轴向盲孔23、活塞外圆柱面上的第一凹槽10、第一凹槽10内的第一径向通孔6；第一径向通孔6与轴向盲孔23相通，第一凹槽10有两组且位于活塞的两端；活塞杆17中心开有轴向通孔形成卸气孔18，卸气孔18与活塞中心的轴向盲孔23相通；缸筒盖12上设有第二卸压槽，第二卸压槽包含活塞盖内圆面上的第二凹槽21、第二凹槽内的第二径向通孔13；第二径向通孔13与外界大气相通。

端盖1与缸筒4之间、缸筒4与第一进气套7之间、缸筒盖12与缸筒4之间、缸筒盖12与第二进气套14之间均采用O型圈3密封。

一种带导轨跟随的恒力输出气浮装置还包括激光位移传感器30和反光板31，激光位移传感器30安装在恒力输出气缸的缸筒盖12上，反光板31套装在活塞杆17上，激光位移传感器30可测量出活塞杆17的位移。

Claims (1)

1.一种带导轨跟随的恒力输出气浮装置，包括输出气缸和跟随装置；所述跟随装置包括滑块、直线导轨、电机、滚珠丝杠；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；

所述输出气缸包括活塞、活塞杆、缸筒、端盖、缸筒盖、进气套，所述所述缸筒下安装连接板，所述连接板与滑块固接，所述滚珠丝杠通过螺母座连接连接板；

所述活塞杆连接活塞，所述活塞套装在缸筒内且和缸筒壁间存有极小间隙，所述缸筒两端分别套装端盖和缸筒盖，所述活塞杆穿过缸筒盖且和缸筒盖内壁间存有极小间隙；

所述进气套包含第一进气套和第二进气套；所述第一进气套套装在缸筒上，所述第二进气套套装在缸筒盖上；所述第一进气套和缸筒间留有间隙形成第一储气腔，所述第一进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；所述第二进气套和缸筒盖间留有间隙形成第二储气腔，所述第二进气套上设有第二进气口，所述第二进气口与第二储气腔相通；

所述缸筒沿圆周均布第一径向节流孔，所述第一径向节流孔与第一储气腔相通，所述第一径向节流孔沿轴向方向至少有两组，所述第一径向节流孔内安装节流塞；

所述缸筒盖上沿圆周均布第二径向节流孔，所述第二径向节流孔与第二储气腔相通，所述第二径向节流孔沿轴向方向至少有两组，所述第二径向节流孔内安装节流塞；

所述活塞上设有第一卸压槽，所述第一卸压槽包含活塞中心的轴向盲孔、活塞外圆柱面上的第一凹槽、第一凹槽内的第一径向通孔；所述第一径向通孔与轴向盲孔相通，所述第一凹槽至少有两组且位于活塞的两端；

所述活塞杆中心开有轴向通孔形成卸气孔，所述卸气孔与活塞中心的轴向盲孔相通；

所述缸筒盖上设有第二卸压槽，所述第二卸压槽包含缸筒盖内壁上的第二凹槽、第二凹槽内的第二径向通孔；所述第二径向通孔与外界大气相通；

所述端盖上设有进气孔，所述缸筒盖上设有出气孔；所述进气孔通过气管连接气压传感器和大储气罐，所述大储气罐内储存恒压气体；

所述一种带导轨跟随的恒力输出气浮装置还包括激光位移传感器和反光板，所述激光位移传感器安装在恒力输出气缸的缸筒盖上，所述反光板套装在活塞杆上，所述激光位移传感器可测量出活塞杆的位移。

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