CN103527570B - 一种高精度的恒力输出气浮装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高精度的恒力输出气浮装置，包括输出气缸、补偿气缸、激光位移传感器、直线电机；所述输出气缸包括缸筒、第一活塞、输出轴、储气套、气压压板，所述补偿气缸包括补偿筒、第二活塞、活塞杆；所述第一活塞套装在缸筒内，所述第一活塞连接输出轴，所述储气套套装在缸筒外且与缸筒间形成储气腔，所述补偿筒一端与储气套固定且内腔和储气腔相通，所述第二活塞套装在补偿筒内，所述第二活塞连接活塞杆，所述活塞杆穿过端盖和空气轴承与直线电机连接，所述激光位移传感器固定在缸筒上；本发明增加了补偿气缸和储气套，增大了缸筒进气腔的容积，通过体积补偿和气压控制，可实现精确的、高速的恒力输出，结构简单、精度高、稳定性好。

Description

一种高精度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的目标工件上的附加的力，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，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、恒力输出精度不高等问题，本发明提供一种输出力值精确、稳定性好的一种高精度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：

一种高精度的恒力输出气浮装置，包括输出气缸、补偿气缸；所述输出气缸包括缸筒、第一活塞、输出轴、储气套、气压压板，所述补偿气缸包括补偿筒、第二活塞、活塞杆；所述一种高精度的恒力输出气浮装置还包括激光位移传感器、直线电机。

所述第一活塞套装在缸筒内且与缸筒内壁间存在极小间隙，所述第一活塞连接输出轴，所述储气套套装在缸筒外且与缸筒间形成储气腔，所述补偿筒一端与储气套固定且内腔和储气腔相通，所述补偿筒另一端安装端盖，所述第二活塞套装在补偿筒内，所述第二活塞连接活塞杆，所述端盖外固定空气轴承，所述活塞杆穿过端盖和空气轴承与直线电机连接。

所述缸筒包含一段缸筒密封端，所述输出轴穿过缸筒密封端且和缸筒密封端内壁间形成极小间隙，所述缸筒另一端安装底盖。

所述气压压板套装在缸筒内且与缸筒内壁间存在极小间隙，所述气压压板下安装力传感器，所述力传感器固定在底盖上，所述底盖上开有出气口。

所述激光位移传感器固定在缸筒上，所述输出轴上套装反光板，所述激光位移传感器和反光板位置相对。

所述第一活塞上无输出轴的一端中心开有进气孔，所述第一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进气孔相通，所述第一径向节流孔内安装节流塞；所述第一径向节流孔沿轴向方向至少有两组。

所述第一活塞上开有第一卸压槽；所述第一卸压槽包含活塞外圆柱面上沿圆周方向的凹槽、凹槽内均布的径向盲孔以及与径向盲孔相通的轴向盲孔；所述轴向盲孔通向输出轴与缸筒间的内腔，所述凹槽位于第一径向节流孔的侧面且靠近活塞上无输出轴的一端；所述第一卸压槽与第一径向节流孔、进气孔间相互隔离。

所述缸筒密封端沿圆周方向均布第二径向节流孔，所述第二径向节流孔沿轴向上至少有两组，所述第二径向节流孔内安装节流塞；所述缸筒密封端外套装气浮座，所述缸筒密封端与气浮座间设有密封腔，所述密封腔与第二径向节流孔相通；所述气浮座上设有气浮进气口。

所述气压压板上沿圆周均布第三径向节流孔，所述第三径向节流孔与缸筒内腔相通，所述第三径向节流孔内安装节流塞。

所述缸筒靠近气压压板的一端均布进气孔，所述进气孔连通缸筒内腔和储气腔。所述缸筒靠近密封端设有出气孔，所述出气孔与外界大气相通。

所述储气套上开有储气进气口，所述储气进气口通过气管连接比例阀。

所述储气套与缸筒间、缸筒与气浮座间均采用O型圈密封。

本发明的设计思路及优点表现在：

由于活塞横截面积一定，所以只要保证进入到缸筒内腔的气体压力恒定，则可保证输出的力值恒定。但是活塞移动引起腔体容积变化，气体补偿存在一定的滞后性，从而引起气压瞬变，导致输出力波动。因此，本发明增加了补偿气缸和储气套，储气套与缸筒间形成储气腔，储气腔与缸筒内腔相通，相当于增大了缸筒进气腔的容积，补偿筒和储气腔相通，因此，通过激光位移传感器可测量输出气缸内第一活塞的位移，然后通过直线电机控制补偿气缸内第二活塞移动相应的位移，保证储气腔内容积保持不变，避免了输出轴运动而引起的压力波动；通过体积补偿和气压控制，可实现精确的、高速的恒力输出。

储气套通过气管连接比例阀和储气罐，通过比例阀可控制储气腔内的压力大小；缸筒底座上安装力传感器和气压压板，气压压板上设有第三径向节流孔，通过活塞进气腔自身气体供气，气压压板与缸筒间形成气体润滑，不存在摩擦力，因为作用在活塞底端的力与作用在气压压板上的力相等，所以通过力传感器可以测量出活塞输出的力值大小，通过比例阀调整储气腔内气压的大小，精确控制输出的力值且操作方便。

活塞上设有第一径向节流孔，缸筒进气腔内的高压气体通过活塞上的进气孔进入第一径向节流孔，在缸筒与活塞的间隙形成气膜；缸筒密封端设有第二径向节流孔，通过气浮座上的气浮进气口进行独立供气，为输出轴提供润滑和支撑；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。

本发明的优点表现在：结构简单、精度高、稳定性好。

附图说明

图1是一种高精度的恒力输出气浮装置示意图

具体实施方式

结合图1，一种高精度的恒力输出气浮装置，包括输出气缸、补偿气缸；输出气缸包括缸筒6、第一活塞19、输出轴1、储气套8、气压压板18，补偿气缸包括补偿筒23、第二活塞22、活塞杆24；所述一种高精度的恒力输出气浮装置还包括直线电机27、激光位移传感器28。

第一活塞19套装在缸筒6内且与缸筒内壁间存在极小间隙，第一活塞19连接输出轴1，储气套8套装在缸筒6外且与缸筒间形成储气腔9，补偿筒23一端与储气套8固定且内腔和储气腔9相通，补偿筒23另一端安装端盖25，第二活塞22套装在补偿筒23内，第二活塞22连接活塞杆24，端盖25外固定空气轴承26，活塞杆24穿过端盖25和空气轴承26与直线电机27连接。

缸筒6包含一段缸筒密封端，输出轴1穿过缸筒密封端且和缸筒密封端内壁间形成极小间隙，缸筒6另一端安装底盖15。

气压压板18套装在缸筒6内且与缸筒内壁间存在极小间隙，气压压板18下安装力传感器17，力传感器17固定在底盖上15，底盖上开有出气口16。

激光位移传感器28固定在缸筒6上，输出轴1上套装反光板29，激光位移传感器28和反光板29位置相对。

第一活塞19上无输出轴的一端中心开有进气孔，第一活塞上沿圆周均布第一径向节流孔20，第一径向节流孔20与进气孔相通，第一径向节流孔20内安装节流塞；第一径向节流孔20沿轴向方向有两组。

第一活塞上开有第一卸压槽，第一卸压槽包含活塞19外圆柱面上沿圆周方向的凹槽21、凹槽内均布的径向盲孔以及与径向盲孔相通的轴向盲孔；轴向盲孔通向输出轴1与缸筒5间的内腔，凹槽21位于第一径向节流孔20的侧面且靠近活塞19上无输出轴的一端；第一卸压槽与第一径向节流孔20、进气孔间相互隔离。

缸筒密封端沿圆周方向均布第二径向节流孔4，第二径向节流孔4沿轴向上有三组，第二径向节流孔4内安装节流塞；缸筒密封端外套装气浮座2，缸筒密封端与气浮座2间设有密封腔，密封腔与第二径向节流孔4相通；气浮座2上设有气浮进气口3。

气压压板18上沿圆周均布第三径向节流孔14，第三径向节流孔14与缸筒内腔相通，第三径向节流孔14内安装节流塞。

缸筒6靠近气压压板18的一端均布进气孔13，进气孔13连通缸筒内腔和储气腔9。缸筒6靠近缸筒密封端设有出气孔7，出气孔7与外界大气相通。

储气套8上开有储气进气口10，储气进气口10通过气管11连接比例阀12。

储气套8与缸筒6间、缸筒6与气浮座2间均采用O型圈5密封。

Claims (1)

1.一种高精度的恒力输出气浮装置，其特征在于：包括输出气缸、补偿气缸；所述输出气缸包括缸筒、第一活塞、输出轴、储气套、气压压板，所述补偿气缸包括补偿筒、第二活塞、活塞杆；所述一种高精度的恒力输出气浮装置还包括激光位移传感器、直线电机；

所述第一活塞套装在缸筒内且与缸筒内壁间存在极小间隙，所述第一活塞连接输出轴，所述储气套套装在缸筒外且与缸筒间形成储气腔，所述补偿筒一端与储气套固定且内腔和储气腔相通，所述补偿筒另一端安装端盖，所述第二活塞套装在补偿筒内，所述第二活塞连接活塞杆，所述端盖外固定空气轴承，所述活塞杆穿过端盖和空气轴承与直线电机连接；

所述缸筒包含一段缸筒密封端，所述输出轴穿过缸筒密封端且和缸筒密封端内壁间形成极小间隙，所述缸筒另一端安装底盖；

所述气压压板套装在缸筒内且与缸筒内壁间存在极小间隙，所述气压压板下安装力传感器，所述力传感器固定在底盖上，所述底盖上开有出气口；

所述激光位移传感器固定在缸筒上，所述输出轴上套装反光板，所述激光位移传感器和反光板位置相对；

所述第一活塞上无输出轴的一端中心开有进气孔，所述第一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进气孔相通，所述第一径向节流孔内安装节流塞；所述第一径向节流孔沿轴向方向至少有两组；

所述第一活塞上开有第一卸压槽；所述第一卸压槽包含活塞外圆柱面上沿圆周方向的凹槽、凹槽内均布的径向盲孔以及与径向盲孔相通的轴向盲孔；所述轴向盲孔通向输出轴与缸筒间的内腔，所述凹槽位于第一径向节流孔的侧面且靠近活塞上无输出轴的一端；所述第一卸压槽与第一径向节流孔、进气孔间相互隔离；

所述缸筒密封端沿圆周方向均布第二径向节流孔，所述第二径向节流孔沿轴向上至少有两组，所述第二径向节流孔内安装节流塞；所述缸筒密封端外套装气浮座，所述缸筒密封端与气浮座间设有密封腔，所述密封腔与第二径向节流孔相通；所述气浮座上设有气浮进气口；

所述气压压板上沿圆周均布第三径向节流孔，所述第三径向节流孔与缸筒内腔相通，所述第三径向节流孔内安装节流塞；

所述缸筒靠近气压压板的一端均布进气孔，所述进气孔连通缸筒内腔和储气腔；所述缸筒靠近密封端设有出气孔，所述出气孔与外界大气相通；

所述储气套上开有储气进气口，所述储气进气口通过气管连接比例阀。