CN104454775A - 两端预紧式压电堆致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸 - Google Patents

两端预紧式压电堆致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸 Download PDF

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Abstract

两端预紧式压电堆致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸，本发明涉及的是气动控制的技术领域。本发明是为了克服现有减摩结构存在噪音大、寿命短、制造难度大、体积大、油液污染、出力小、可靠性低的问题。它的通用型气缸总成的缸筒轴向两侧分别设置有第一支撑脚、第二支撑脚、第三支撑脚、第四支撑脚；第一支撑脚的底端面与第一压电堆的一个端面顶接，第二支撑脚的底端面与第二压电堆的一个端面顶接，使第一支撑脚的底端面和第二支撑脚的底端面都与缸筒的轴向垂直，第一紧固螺栓的轴心线和第二紧固螺栓的轴心线都与通用型气缸总成的缸筒的轴心线平行。本发明在超声振动谐振状态下能降低活塞（杆）与缸体之间摩擦力的百分之五十以上，减摩效果良好。

Description

两端预紧式压电堆致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸
技术领域
本发明涉及的是气动控制的技术领域。
背景技术
气缸的活塞在低速工作时，常发生时走时停的不连续运动现象，即气缸爬行。气缸爬行现象严重影响气压传动的精度。为消除此现象，常用方法为在控制信号上叠加颤振（Dither）信号以补偿气缸的摩擦力。但颤振信号的引入大大降低了控制阀的寿命，并带来不必要的噪声与抖动，因此应用受限。
另一种方法是利用气浮原理在气缸摩擦副之间引入一层气膜，从而明显减少气缸的动、静摩擦力，使气缸爬行现象得到很大改善。如专利CN102155465A。然而这种气浮低摩擦气缸在制造过程中，对各部件的加工精度提出了很高要求，且在大尺寸的气浮气缸加工制造中存在很大难度。
还有一种方法是在对低速性能要求较高的场合，气液联控伺服系统时常被使用。通过增加系统的阻尼，气缸低速的爬行有了很大的改善。但这一系统往往体积较大，且易引入油液污染。
还有一种方法是利用超声振动减小摩擦的原理在气缸上贴压电片，利用其输出的超声振动减小摩擦力。如专利CN103195770A、CN103195772A。但这种贴片式气缸存在压电片出力较小，与缸筒连接方式可靠性不够理想的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种两端预紧式压电堆致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸，本发明是为了克服现有减摩结构存在噪音大、寿命短、制造难度大、体积过大、油液污染、出力小、可靠性低的问题。
本发明的一种两端预紧式压电堆致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸，它包括通用型气缸总成、第一压电堆、第二压电堆、第一紧固螺栓、第二紧固螺栓；
通用型气缸总成的缸筒轴向两侧分别设置有第一支撑脚、第二支撑脚、第三支撑脚、第四支撑脚；第一支撑脚的底端面与第一压电堆的一个端面顶接，第二支撑脚的底端面与第二压电堆的一个端面顶接，第三支撑脚上的螺纹孔中设置有与其螺纹连接的第一紧固螺栓，第四支撑脚上的螺纹孔中设置有与其螺纹连接的第二紧固螺栓，第一紧固螺栓的左端与第一压电堆的另一个端面顶接，第二紧固螺栓的左端与第二压电堆的另一个端面顶接，使第一压电堆和第二压电堆分别对称设置在缸筒的轴向两侧，使第一支撑脚的底端面和第二支撑脚的底端面都与缸筒的轴向垂直，第一紧固螺栓的轴心线和第二紧固螺栓的轴心线都与通用型气缸总成的缸筒的轴心线平行；第一压电堆和第二压电堆均是纵向振动压电堆；当第一压电堆与第二压电堆的驱动相位差为180°时，整个缸筒为弯曲振动模态。
本发明在超声振动谐振状态下能降低活塞（杆）与缸体之间摩擦力的百分之五十以上，减摩效果良好。本发明是通过改变输入信号的相位差使振动气缸振动模态得以切换的基于超声减摩原理而设计的低摩擦气缸。其结构紧凑，可实现高频弯曲振动，具有出力较大、输出振幅大、加工容易、适用性强等特点，在低速气缸领域有着广泛的应用前景。还具有噪音小、寿命长、容易制造、出力大、可靠性高的优点。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图，
图2是具体实施方式二的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由通用型气缸总成1、第一压电堆2、第二压电堆3、第一紧固螺栓4、第二紧固螺栓5组成；
通用型气缸总成1的缸筒1-1轴向两侧分别设置有第一支撑脚1-2、第二支撑脚1-3、第三支撑脚1-4、第四支撑脚1-5；第一支撑脚1-2的底端面与第一压电堆2的一个端面顶接，第二支撑脚1-3的底端面与第二压电堆3的一个端面顶接，第三支撑脚1-4上的螺纹孔中设置有与其螺纹连接的第一紧固螺栓4，第四支撑脚1-5上的螺纹孔中设置有与其螺纹连接的第二紧固螺栓5，第一紧固螺栓4的左端与第一压电堆2的另一个端面顶接，第二紧固螺栓5的左端与第二压电堆3的另一个端面顶接，使第一压电堆2和第二压电堆3分别对称设置在缸筒1-1的轴向两侧，使第一支撑脚1-2的底端面和第二支撑脚1-3的底端面都与缸筒1-1的轴向垂直，第一紧固螺栓4的轴心线和第二紧固螺栓5的轴心线都与通用型气缸总成1的缸筒1-1的轴心线平行；第一压电堆2和第二压电堆3均是纵向振动压电堆；当第一压电堆2与第二压电堆3的驱动相位差为180°时，整个缸筒1-1为弯曲振动模态。
所述第一支撑脚1-2底端面的面积和第二支撑脚1-3底端面的面积都大于或等于第一压电堆2、第二压电堆3的端面面积，即第一压电堆2的端面、第二压电堆3的端面分别被第一支撑脚1-2、第二支撑脚1-3完全覆盖。
所述第一压电堆2和第二压电堆3为Piezomechanik公司产品-PSt 150/5×5/7。所述第一压电堆2和第二压电堆3的驱动波形为正弦或三角波。所述第一压电堆2和第二压电堆3的驱动频率为超声波频段，具体是整个装置的谐振频率。
工作原理：第一压电堆2、第二压电堆3在工作时，通过第一支撑脚1-2和第二支撑脚1-3驱动通用型气缸总成1的缸筒1-1做弯曲振动，使通用型气缸总成1的气缸活塞及端盖处密封圈与对应摩擦副处于高频振动状态，利用高频振动的减摩效应，减少摩擦副间的动静摩擦系数的差值，进而削弱其低速运行时的动静摩擦力的切换，以达到改善气缸低速运行时摩擦力等特性的目的，从而减少气缸的爬行现象。
具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式在具体实施方式一的基础上增加有第一H形柔性铰链6和第二H形柔性铰链7；第一H形柔性铰链6设置在第一压电堆2与第一紧固螺栓4之间，第二H形柔性铰链7设置在第二压电堆3与第二紧固螺栓5之间。本实施方式具有增加紧固螺栓4轴向的旋转自由度，具有优化振动效果，延长第一压电堆2和第二压电堆3的工作寿命的作用。

Claims (6)

1.两端预紧式压电堆致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸，它包括通用型气缸总成（1）、第一压电堆（2）、第二压电堆（3）、第一紧固螺栓（4）、第二紧固螺栓（5）；
其特征在于通用型气缸总成（1）的缸筒（1-1）轴向两侧分别设置有第一支撑脚（1-2）、第二支撑脚（1-3）、第三支撑脚（1-4）、第四支撑脚（1-5）；第一支撑脚（1-2）的底端面与第一压电堆（2）的一个端面顶接，第二支撑脚（1-3）的底端面与第二压电堆（3）的一个端面顶接，第三支撑脚（1-4）上的螺纹孔中设置有与其螺纹连接的第一紧固螺栓（4），第四支撑脚（1-5）上的螺纹孔中设置有与其螺纹连接的第二紧固螺栓（5），第一紧固螺栓（4）的左端与第一压电堆（2）的另一个端面顶接，第二紧固螺栓（5）的左端与第二压电堆（3）的另一个端面顶接，使第一压电堆（2）和第二压电堆（3）分别对称设置在缸筒（1-1）的轴向两侧，使第一支撑脚（1-2）的底端面和第二支撑脚（1-3）的底端面都与缸筒（1-1）的轴向垂直，第一紧固螺栓（4）的轴心线和第二紧固螺栓（5）的轴心线都与通用型气缸总成（1）的缸筒（1-1）的轴心线平行；第一压电堆（2）和第二压电堆（3）均是纵向振动压电堆；当第一压电堆（2）与第二压电堆（3）的驱动相位差为180°时，整个缸筒（1-1）为弯曲振动模态。
2.根据权利要求1所述的两端预紧式压电堆致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸，其特征在于所述第一支撑脚（1-2）底端面的面积和第二支撑脚（1-3）底端面的面积都大于或等于第一压电堆（2）、第二压电堆（3）的端面面积，即第一压电堆（2）的端面、第二压电堆（3）的端面分别被第一支撑脚（1-2）、第二支撑脚（1-3）完全覆盖。
3.根据权利要求1所述的两端预紧式压电堆致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸，其特征在于所述第一压电堆（2）和第二压电堆（3）为Piezomechanik公司产品-PSt 150/5×5/7。
4.根据权利要求1所述的两端预紧式压电堆致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸，其特征在于所述第一压电堆（2）和第二压电堆（3）的驱动波形为正弦或三角波。
5.根据权利要求1所述的两端预紧式压电堆致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸，其特征在于所述第一压电堆（2）和第二压电堆（3）的驱动频率为超声波频段，具体是整个装置的谐振频率。
6.根据权利要求1所述的两端预紧式压电堆致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸，其特征在于它增加有第一H形柔性铰链（6）和第二H形柔性铰链（7）；第一H形柔性铰链（6）设置在第一压电堆（2）与第一紧固螺栓（4）之间，第二H形柔性铰链（7）设置在第二压电堆（3）与第二紧固螺栓（5）之间。
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