CN104006025A - 一种单作用铰接内杆式柱塞缸 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单作用铰接内杆式柱塞缸，包括缸体、后端盖和柱塞，所述柱塞中开设有内孔，所述内孔中穿设有导杆组件，所述导杆组件包括杆体和固定地设于所述杆体前端的大直径端头，所述杆体的后端固定地连接在所述后端盖上，所述大直径端头可相对所述柱塞移动地设于所述内孔中，所述柱塞的后端与所述大直径端头之间形成环形空间，所述环形空间内设有压缩弹簧，所述内孔中固定地设有铰支座，所述铰支座在所述内孔中位于所述大直径端头的前方，所述铰支座的前端铰接有摆动杆。该柱塞缸可输出往复摆动等非直线运动，其制造和装配工艺性良好，且具有较高的传递效率。

Description

一种单作用铰接内杆式柱塞缸

 

技术领域

本发明涉及一种单作用铰接内杆式柱塞缸。

 

背景技术

柱塞式液压缸或气缸，相对于活塞式液压缸或气缸，由于不存在前端盖及相应密封装置，因而制造成本较低。但是，柱塞缸都是单作用式的，即柱塞的回程需要借助外力来实现，如重力、复位弹簧力等。其中，中小型的液压缸或气缸大多借助在缸体外设置弹簧来进行复位，造成总体结构尺寸较大。公开号为102979781A的中国发明专利申请，提出了一种在柱塞12’内孔中设置复位拉力弹簧13’的柱塞缸。该柱塞缸的结构如图1所示。这种柱塞缸的优点是显著减小了总体结构尺寸，但也具有以下显著缺点：（1）由于采用拉伸弹簧，所以必须在柱塞内孔中及后端盖上设置弹簧的钩挂装置，不仅造成相关零件的加工工艺性不好，而且弹簧的装配极为不便；（2）由于所采用的拉伸弹簧，其力学特性是线性的，亦即弹簧的复位力与其变形量成正比，所以，弹簧的最小复位力与最大复位力存在较大的差值，从而造成不必要的力浪费，相应降低了缸的机械效率。

此外，传统的柱塞缸与图1所示柱塞缸，都只能够输出往复直线运动，而不能够输出往复摆动等非直线运动。当需要输出往复摆动等非线性运动时，参照现有技术中的液压缸或气压缸中的设置方式，其通常采用两种方法，一种是在活塞杆22’的前端铰上一根支杆23’，以解决自由度不足的问题，如图2所示，这种方法的缺点是整个装置在液压缸或气压缸轴向上的尺寸过大，极不紧凑；另一种是采用后端铰接式的液压缸或气压缸，如图3所示，这种方法的缺点是缸体31’、活塞33’与活塞杆32’一起摆动，摆动部分的质量过大，造成惯性力很大，从而形成很大的冲击，整个装置的受力状态恶劣，冲击噪声也较大。

因此，创新设计出一种能够输出往复摆动等非直线运动的、制造工艺性好且力传递效率高的弹簧复位式柱塞缸，不仅能够显著扩大柱塞缸的应用领域，而且对降低柱塞缸的生产成本及缩小总体结构尺寸都具有非常积极而现实的意义。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种能够输出往复摆动等非直线运动的、制造工艺性好且力传递效率高的单作用铰接内杆式柱塞缸。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种单作用铰接内杆式柱塞缸，包括缸体、后端盖和柱塞，所述柱塞中开设有内孔，所述内孔中穿设有导杆组件，所述导杆组件包括杆体和固定地设于所述杆体前端的大直径端头，所述杆体的后端固定地连接在所述后端盖上，所述大直径端头可相对所述柱塞移动地设于所述内孔中，所述柱塞的后端与所述大直径端头之间形成环形空间，所述环形空间内设有压缩弹簧，所述内孔中固定地设有铰支座，所述铰支座在所述内孔中位于所述大直径端头的前方，所述铰支座的前端铰接有摆动杆。

优选地，所述内孔的前端呈圆锥状。

优选地，所述压缩弹簧为非线性蝶形弹簧。

优选地，所述铰支座在所述内孔中与所述内孔的周向侧壁密封连接设置。

优选地，所述摆动杆的后端通过销轴铰接在所述铰支座上。

优选地，所述柱塞的后端开设有可供所述杆体穿过的通孔，所述柱塞的后端内侧壁与所述大直径端头之间形成所述环形空间。

优选地，所述柱塞上所述内孔沿前后方向贯穿所述柱塞，所述内孔的后端固定地设有挡盖，所述挡盖与所述大直径端头之间形成所述环形空间。

优选地，所述大直径端头与所述杆体一体设置，或者所述大直径端头与所述杆体固定连接设置。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

（1）在柱塞上铰接摆动杆，使得该柱塞缸可输出摆动运动，解决了传统的柱塞缸只能输出往复直线运动的缺陷，该柱塞缸可输出往复摆动等非直线运动。且摆动杆在输出摆动力时柱塞上受力均衡，力学特性良好；

（2）将压缩弹簧设于柱塞的内孔中，这相比传统的在缸体外设置复位弹簧的柱塞缸，显著地减小了柱塞缸的整体结构尺寸；

（3）采用压缩弹簧作为复位弹簧，其复位力的变化范围幅度小，这相应地提高了柱塞缸的机械效率，使得该柱塞缸的力传递效率得到了提高，有利于节能；

（4）该柱塞缸部件较少，且制造和装配工艺性好，生产成本低。

 

附图说明

附图1为现有技术中柱塞缸的结构示意图；

附图2为现有技术中活塞杆前端铰接有支杆的液压缸或气压缸的结构示意图；

附图3为现有技术中后端铰接式的液压缸或气压缸的结构示意图；

附图4为本发明的实施例1的柱塞缸的工作原理示意图一；

附图5为本发明的实施例1的柱塞缸的工作原理示意图二；

附图6为本发明的实施例2的柱塞缸的工作原理示意图一；

附图7为本发明的实施例2的柱塞缸的工作原理示意图二；

其中：11’、21’、31’—缸体；12’、22’、32’—活塞杆；13’—拉伸弹簧；23’—支杆；33’—活塞。

1、缸体；2、柱塞；21、内孔；22、挡盖；23、通孔；3、后端盖；4、导杆组件；41、杆体；42、大直径端头；5、压缩弹簧；6、铰支座；7、摆动杆；8、电磁换向阀；9、输出杆组；91、第一杆；92、第二杆；93、冲头。

 

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

以下关于方向的定义中，均是按照该柱塞缸工作时柱塞运动的方向来定义的，柱塞相对缸体向外移动的方向为前，反之为后，亦即图4至图7中的左右方向，其中左方为后，右方为前。

 

实施例1

参见图4、图5所示的单作用铰接内杆式柱塞缸，包括缸体1、固定设于缸体1后部的后端盖3、可沿前后方向移动地设于缸体1中的柱塞2。柱塞2中开设有内孔21，该内孔21中穿设有导杆组件4，该导杆组件4包括杆体41和固定在杆体41前端的大直径端头42，杆体41的后端固定地连接在后端盖3上，大直径端头42可相对柱塞2移动地设于内孔21中。在设置时导杆组件4，大直径端头42可与杆体41一体设置，也可以分开加工再将两者固定连接起来。

柱塞2上内孔21沿前后方向贯穿柱塞2，内孔21的后端固定地设有挡盖22，内孔21中挡盖22与大直径端头42之间形成环形空间，该环形空间内设有压缩弹簧5。

内孔21中还固定地设有铰支座6，该铰支座6在内孔21中位于大直径端头42的前方，铰支座6在内孔21中与内孔21的周向侧壁密封连接设置，从而使得该柱塞缸的后部，即后端盖3与铰支座6之间形成封闭的压力腔。在安装时，可通过过盈配合将铰支座6安装至内孔21中。

铰支座6的前端铰接有摆动杆7，摆杆7的后端可通过销轴铰接在铰支座6上，也可采用球头铰接的方式铰接在铰支座6上。内孔21的前端呈圆锥状设置，该圆锥状为由后向前孔径逐渐增大的设置，以对摆动杆7的摆动进行让位。摆动杆7的前端则连接用于动力输出的输出杆组9。在本实施例中，该输出杆组9包括第一杆91、第二杆92、冲头93。第一杆91的一端铰接在机架上，其另一端铰接在摆动杆7的前端，第二杆92的一端铰接在摆动杆7的前端，其另一端铰接在冲头93上，冲头93可沿竖直方向升降地设于机架上。

参见图4所示，在初始状态下，在压缩弹簧5的推力作用下，柱塞2的后端位于缸体1的后部。工作时，电磁阀8工作，使得压缩气体/液压油通过开设在后端盖3上的进气孔/进油孔进入压力腔中，柱塞2向前移动，带动摆动杆7摆动并作用于第一杆91与第二杆92，带动第一杆91和第二杆92摆动并驱动冲头93向下移动实现冲击。此时压缩弹簧5被挤压在挡盖22与大直径端头42之间。

当柱塞2向前运动结束后，电磁阀8换向，压力腔中的压缩气体通入大气或液压油回流至油箱，在压缩弹簧5的推力作用下，推动柱塞2向后移动，如图5所示，直至完成复位，柱塞2后移的过程中带动摆动杆7摆动，摆动杆7作用于第一杆91与第二杆92并带动冲头93沿竖直方向上移复位。

 

在本实施例中，压缩弹簧5采用非线性的蝶形弹簧，该蝶形弹簧在上述环形空间内套设在杆体41上并位于挡盖22与大直径端头42之间。由于蝶形弹簧的力学特性是非线性的，选用蝶形弹簧时可根据实际应用的工况来选取合理的力学特性区间，这样可以使得弹簧的复位力变化范围大幅度缩小，可有效地提高该柱塞缸的机械效率，有利于节能。而传统的拉伸螺旋弹簧由于其力学特征是线性的，其刚度与其变形量成正比，导致变形量较大时，其复位力显著变大，而这一复位力需要消耗额外提供给柱塞作用力来克服，势必将在系统压力一定的条件下，造成缸径扩大，本发明则很好地解决了这一问题，缸体的直径相比现有技术进一步减小。此外，蝶形弹簧可采用叠片的形式来提高刚度，这使得本发明的柱塞缸的输出力具有更大的调节范围，使其具有更好的通用性。

 

实施例2

参见图6、图7所示，该实施例与实施例1的区别仅在于柱塞2的设置，柱塞2的后端开设有可供杆体41穿入而大直径端头42不能穿入的通孔23，内孔21中位于大直径端头42与柱塞2后端内侧壁之间便形成了用于设置压缩弹簧5的环形空间。这相比实施例1仅为柱塞缸的生产与安装方式存在略微的差异，柱塞缸的工作原理与实施例1相同。

 

综上，本发明的单作用铰接内杆式柱塞缸，相比与传统的柱塞缸，由于柱塞2上铰接有摆动杆7，解决了传统柱塞缸只能输出往复直线运动的缺陷，其能够输出往复摆动等非直线运动，摆动杆7输出摆动力的过程中，柱塞2上受力均衡，力学特性良好。

由于将压缩弹簧设于柱塞2的内孔中，这相比在缸体外设置复位弹簧的柱塞缸，显著地减小了柱塞缸的整体结构尺寸。此外，该柱塞缸中由于采用压缩弹簧，其力学特性为非线性的，因此其复位力的变化范围幅度小，相应地提高了该柱塞缸的机械效率，使得该柱塞缸的力传递效率得到提高，有利于节能。本发明的柱塞缸部件较少，且制造和装配工艺性好，生产成本低。

 

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种单作用铰接内杆式柱塞缸，包括缸体、后端盖和柱塞，其特征在于：所述柱塞中开设有内孔，所述内孔中穿设有导杆组件，所述导杆组件包括杆体和固定地设于所述杆体前端的大直径端头，所述杆体的后端固定地连接在所述后端盖上，所述大直径端头可相对所述柱塞移动地设于所述内孔中，所述柱塞的后端与所述大直径端头之间形成环形空间，所述环形空间内设有压缩弹簧，所述内孔中固定地设有铰支座，所述铰支座在所述内孔中位于所述大直径端头的前方，所述铰支座的前端铰接有摆动杆。

2.根据权利要求1所述的单作用铰接内杆式柱塞缸，其特征在于：所述内孔的前端呈圆锥状。

3.根据权利要求1所述的单作用铰接内杆式柱塞缸，其特征在于：所述压缩弹簧为非线性蝶形弹簧。

4.根据权利要求1所述的单作用铰接内杆式柱塞缸，其特征在于：所述铰支座在所述内孔中与所述内孔的周向侧壁密封连接设置。

5.根据权利要求1所述的单作用铰接内杆式柱塞缸，其特征在于：所述摆动杆的后端通过销轴铰接在所述铰支座上。

6.根据权利要求1所述的单作用铰接内杆式柱塞缸，其特征在于：所述柱塞的后端开设有可供所述杆体穿过的通孔，所述柱塞的后端内侧壁与所述大直径端头之间形成所述环形空间。

7.根据权利要求1所述的单作用铰接内杆式柱塞缸，其特征在于：所述柱塞上所述内孔沿前后方向贯穿所述柱塞，所述内孔的后端固定地设有挡盖，所述挡盖与所述大直径端头之间形成所述环形空间。

8.根据权利要求1所述的单作用铰接内杆式柱塞缸，其特征在于：所述大直径端头与所述杆体一体设置，或者所述大直径端头与所述杆体固定连接设置。