CN104685224A - 流体压缸 - Google Patents

Abstract

一种流体压缸(1)，被插入到缸体的活塞杆(30)利用在行程端附近产生的缓冲压力减速，该流体压缸(1)包括：筒状的缓冲轴承(60)，其设于活塞杆(30)，并在行程端附近进入到缓冲圆筒面(45)的内侧从而对工作流体的流动进行节流；以及锥形槽(62)，其开设在缓冲轴承(60)的外周表面(61)，并相对于缓冲轴承(60)的中心轴线(O)倾斜，做成锥形槽(62)的与其长度方向正交的截面形状形成为圆弧状的结构。

Description

流体压缸

技术领域

本发明涉及一种活塞杆利用在行程端附近产生的缓冲压力而减速的流体压缸。

背景技术

例如，流体压缸(液压缸)具备利用在被插入到缸体的活塞杆到达行程端附近时产生的缓冲压力来使活塞杆减速的缓冲机构。

JP11－230117A中所公开的缓冲机构包括：设于缸体的缓冲圆筒面，和在工作流体压力的作用下被浮动支承于活塞杆的缓冲轴承。

在该缓冲机构中，在活塞杆到达行程端附近时，缓冲轴承进入到缓冲圆筒面的内侧，工作流体的流动在缓冲轴承与缓冲圆筒面这两者之间被节流，由此产生缓冲压力，活塞杆减速。

在这种缓冲机构中，在缓冲轴承的外周表面通过切削加工而形成相对于轴向倾斜地延伸的平面状的槽部(缺口部)(参照图9)。当活塞杆到达行程端时，槽部与缓冲圆筒面相对而作为对工作流体的流动进行节流的可变节流孔发挥功能。随着活塞杆靠近行程端，可变节流孔的开口面积减小。

在该缓冲机构中，通过任意地设定槽部的倾斜角度，能够改变活塞杆减速的缓冲特性。

JP2008－291858A所记载的缓冲机构包括：设于缸体的缓冲圆筒面，和配合于活塞杆而被支承于活塞杆的缓冲轴承。该缓冲轴承以不被工作流体压力浮动支承的方式被固定于活塞杆。

该缓冲机构在缓冲轴承的外周表面形成有相对于轴向倾斜地延伸的、截面V字状的锥形槽(节流槽)。在该情况下，当活塞杆到达行程端时，锥形槽也与缓冲圆筒面相对而作为对工作流体的流动进行节流的可变节流孔发挥功能。随着活塞杆靠近行程端，可变节流孔的开口面积减小。

在该缓冲机构中，通过任意地设定锥形槽的截面积，能够改变活塞杆减速的缓冲特性。

发明内容

日本JP11－230117A中公开的缓冲机构对缓冲轴承的外周表面实施切削加工而形成槽部，但存在如下问题：由于槽部的切削倾斜角度的加工误差而导致活塞杆减速的缓冲特性容易产生偏差。

另外，可以考虑在日本JP11－230117A所公开的被浮动支承的缓冲轴承的外周表面形成日本JP2008－291858A所公开的截面V字状的锥形槽。然而，在该情况下，在缓冲轴承受缓冲压力而扩张的弹性变形时，应力集中于缓冲轴承的开设锥形槽的部位，为了确保缓冲轴承的强度，需要加厚板厚。

本发明的目的在于，使得在流体压缸中既抑制缓冲特性的偏差、又确保缓冲轴承的强度。

根据本发明的某技术方案，一种流体压缸，被插入到缸体的活塞杆利用在行程端附近产生的缓冲压力减速，该流体压缸包括：缓冲圆筒面，其设于缸体；筒状的缓冲轴承，其设于活塞杆，并在行程端附近进入到缓冲圆筒面的内侧从而对工作流体的流动进行节流；以及锥形槽，其开设在缓冲轴承的外周表面，并相对于缓冲轴承的中心轴线倾斜，锥形槽的与其长度方向正交的截面形状形成为圆弧状。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的流体压缸的剖视图。

图2是本发明的第1实施方式的缓冲轴承的立体图。

图3是表示本发明的第1实施方式的缓冲轴承的加工工序的剖视图。

图4是表示本发明的第1实施方式的流体压缸的活塞杆到达了行程端的工作状态的剖视图。

图5是表示本发明的第1实施方式的锥形槽和以往装置的槽部所涉及的、缓冲行程与可变节流孔的开口面积之间的关系的特性图。

图6是表示本发明的第1实施方式的锥形槽和以往装置的槽部所涉及的、缓冲行程与可变节流孔的开口面积之间的关系的特性图。

图7是表示本发明的第1实施方式的锥形槽和以往装置的槽部所涉及的、缓冲行程与可变节流孔的开口面积之间的关系的特性图。

图8是表示本发明的第2实施方式的缓冲轴承的加工工序的剖视图。

图9是现有例的缓冲轴承的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(第1实施方式)

图1所示的液压缸1例如用作液压挖掘机的斗杆缸。通过液压缸1伸缩动作，液压挖掘机的斗杆转动。液压缸1不限于液压挖掘机等建设机械，也能够用于其他产业领域中的机械、设备等。

液压缸1包括：做成了筒状的缸体10；活塞20，其在缸体10内分隔出杆室2和端室3；以及活塞杆30，其与活塞20相连结。

通过活塞杆30在自未图示的液压源(工作流体压源)导入端室3或者杆室2的工作油压的作用下沿中心轴线O方向移动，液压缸1进行伸缩动作。

此外，液压缸(流体压缸)1使用工作油来作为被供排的工作流体，但作为其替代也可以使用例如水溶性代替液等。

在缸体10的开口端设有供活塞杆30滑动自如地贯穿的圆筒状的缸盖40。缸盖40借助多个螺栓12紧固于缸体10。

在缸盖40的内周夹设有衬套55、副密封件56、主密封件57以及防尘密封件58。

衬套55滑动接触于活塞杆30的外周表面31，由此活塞杆30被支承为沿缸体10的中心轴线O方向移动。

副密封件56和主密封件57滑动接触于活塞杆30的外周表面31，由此外部和杆室2之间被密封。

防尘密封件58滑动接触于活塞杆30的外周表面31，由此防止粉尘侵入液压缸1的内部。

在缸盖40的内周形成有圆筒面状的缸盖内周表面44。在该缸盖内周表面44和活塞杆30的外周表面31之间划分形成供排通路5。在缸盖40形成在缸盖内周表面44开口的供排口43。在供排口43连接与未图示的液压源连通的液压配管。

在活塞杆30朝向图1中的下方移动而液压缸1进行收缩动作时，自液压源经由液压配管而被供给的加压工作油经由供排通路5流入杆室2。另一方面，端室3的工作油经由未图示的供排通路而返回至液压源的罐侧。

在活塞杆30朝向图1中的上方移动而液压缸1进行伸长动作时，自液压源供给的加压工作油经由供排通路流入端室3。另一方面，杆室2的工作油经由供排通路5返回至液压源的罐侧。

在图1中示出了活塞杆30处于即将到达行程端附近的状态。液压缸1具备在伸长动作时在行程端附近使活塞杆30减速的缓冲机构6。

缓冲机构6包括：缓冲圆筒面45，其设于缸盖40的缸盖内周表面44；和缓冲轴承60，其在活塞杆30到达行程端附近时进入到缓冲圆筒面45的内侧。

在活塞杆30到达了行程端附近时，缓冲轴承60进入到缓冲圆筒面45的内侧，在缓冲轴承60和缓冲圆筒面45这两者之间划分形成轴承外周间隙8(参照图4)。该轴承外周间隙8对自杆室2经由供排通路5流出的工作油的流动施加阻力，杆室2的压力(以下称作“缓冲压力”)上升，由此进行活塞杆30减速的动作(以下称作“缓冲动作”)。

缓冲轴承60在其外周具有外周表面61。该外周表面61形成为以中心轴线O为中心的圆筒面状。外周表面61的外径形成为比活塞杆30的外周表面31的外径大、且比缓冲圆筒面45的内径小。在活塞杆30到达了行程端附近时，缓冲轴承60的外周表面61在其与缓冲圆筒面45之间划分形成轴承外周间隙8(参照图4)。

在活塞杆30的外周按顺序地排列形成有环状台阶部32、外周配合面33、以及环状台阶部34。

活塞20其端面22抵接于环状台阶部34而被固定。

圆筒状的缓冲轴承60以与环状台阶部32和活塞20具有间隙的方式被设于环状台阶部32与活塞20之间，设置为能够在中心轴线O方向上稍微移动。

缓冲轴承60以与活塞杆30的外周之间具有轴承内周间隙7的方式被配合于活塞杆30的外周，被导入轴承内周间隙7的工作流体压浮动支承。在缓冲轴承60的内周表面67与活塞杆30的外周配合面33之间划分形成轴承内周间隙7。

缓冲轴承60在其一端形成与中心轴线O正交的环状的端面63，并形成自该端面63连续地呈环状延伸的倾斜面64。倾斜面64形成为相对于中心轴线O倾斜的圆锥台状。在缓冲轴承60的另一端形成与中心轴线O正交的环状的端面65。

在缓冲轴承60的与活塞20相对的端面65(图1中的下端面)形成狭槽(缺口部)69。在缓冲轴承60的与活塞杆30的环状台阶部32相对的端面63(图1中的上端面)也形成狭槽68。

进行活塞杆30在液压缸1进行伸长动作的行程端减速的缓冲动作。在该缓冲动作时，缓冲轴承60在缓冲压力的作用下相对于活塞杆30朝向图1中的上方稍微移动。然后，其端面63抵接于活塞杆30的环状台阶部32。由此，工作油经由轴承内周间隙7朝向图1中的上方(供排通路5)的流动通过流经狭槽68而被节流。

另一方面，在液压缸1自最大程度伸长状态收缩的动作时，自液压源供给的加压工作油自供排通路5经由轴承外周间隙8和轴承内周间隙7而流入杆室2。此时，缓冲轴承60在被自液压源导入的工作油压力的作用下，相对于活塞杆30朝向图1中的下方稍微移动。然后，其端面65抵接于活塞20的端面22。开设在端面65的狭槽69将轴承内周间隙7与杆室2之间连通起来。由此，工作油自轴承内周间隙7经由狭槽69迅速流入杆室2，确保液压缸1自最大程度伸长状态进行收缩动作的响应性。

在活塞杆30的外周配合面33形成以与缓冲轴承60的内周表面67相对的方式开设的环状槽35和环状槽36。

环状槽35开设在外周配合面33的端部，并具有没有阶梯地与环状台阶部32连续的槽侧面。

环状槽36开设在外周配合面33的轴向中间位置。在环状槽36夹设有发挥单向阀功能的缓冲密封件15。缓冲密封件15设置为滑动接触于缓冲轴承60的内周表面67并能够在中心轴线O方向上稍微移动。

环状的缓冲密封件15具有开口间隙(未图示)。在将缓冲密封件15组装于环状槽36时，将密封件开口间隙扩开而将缓冲密封件15嵌入到环状槽36。在缓冲密封件15的活塞20侧的端面(图1中的下端面)形成多个狭槽(未图示)。另一方面，在缓冲密封件15的与活塞杆30的环状台阶部32相对的端面(图1中的上端面)未形成狭槽。

由此，在缓冲动作时，缓冲密封件15在缓冲压力的作用下相对于活塞杆30朝向图1中的上方稍微移动。然后，其上端面抵接于环状槽36的槽侧面。由此，工作油经由环状槽36朝向图1中的上方的流动被缓冲密封件15堵住。

另一方面，在液压缸1自最大程度伸长状态收缩的动作时，缓冲密封件15在自液压源导入的工作油压力的作用下相对于活塞杆30朝向图1中的下方稍微移动。然后，其下端面抵接于环状槽36的槽侧面，开设在缓冲密封件15的下端面的狭槽将环状槽36内的、缓冲密封件15上下的空间连通起来。由此，在轴承内周间隙7流动的工作油迅速通过开设于缓冲密封件15的下端面的狭槽，确保液压缸1自最大程度伸长状态进行收缩动作的响应性。

图2是表示缓冲轴承60的立体图。在缓冲轴承60的外周形成有开设在外周表面61的锥形槽62。锥形槽62相对于外周表面61凹陷成凹状，并作为与缓冲圆筒面45的开口端相对的可变节流孔9(参照图4)发挥功能。

锥形槽62形成为相对于中心轴线O倾斜、其深度自一端62A朝向另一端62B去逐渐减小。由此，随着活塞杆30靠近行程端，与缓冲圆筒面45的开口端相对的可变节流孔9的流路截面积逐渐减小。

锥形槽62其一端62A在倾斜面64开口，其另一端62B在外周表面61开口。此外，锥形槽62不限于上述结构，也可以是其一端在端面63开口。另外，锥形槽62也可以构成为其另一端在端面65开口。

锥形槽62仅通过与其长度方向正交的截面形状弯曲成圆弧状的圆弧状曲面(槽内表面)62C而形成。与锥形槽62的长度方向正交的截面是连续地弯曲成圆弧状、不具有呈直线状延伸的部位、弯折的部位的形状。

图3中示出缓冲轴承60的加工工序。使切削工具(未图示)沿着半径R的正圆弧S62移动，同时使切削工具沿着相对于缓冲轴承60的中心轴线O倾斜的切削中心轴线O62移动，从而切削缓冲轴承60。如此，形成圆弧状曲面(槽内表面)62C。由此，锥形槽62形成为弯曲成沿着正圆的正圆弧状的截面形状。

以下，对液压缸1的动作进行说明。

如图4所示，在液压缸1进行伸长动作时，当缓冲轴承60进入到缓冲圆筒面45的内侧时，在缓冲轴承60与缓冲圆筒面45之间划分形成轴承外周间隙8。如图4中的箭头所示，在该伸长动作时杆室2的工作油经由轴承外周间隙8朝向供排通路5流动，另外经由轴承内周间隙7朝向供排通路5流动。主要是轴承外周间隙8和缓冲密封件15的开口间隙对该工作油的流动施加阻力，杆室2的缓冲压力上升，从而进行活塞杆30减速的缓冲动作。

在上述的缓冲动作时，利用面向缓冲圆筒面45的开口端的锥形槽62划分形成可变节流孔9。随着活塞杆30靠近行程端，可变节流孔9的开口面积变小。通过任意地设定锥形槽的截面积和切削倾斜角度(倾斜角度)，能够改变活塞杆30减速的缓冲特性。

如图3所示，由圆弧状的锥形槽62划分形成的可变节流孔9的截面由作为切削面的正圆弧S62(圆弧状曲面62C的截面)、和将缓冲轴承60的外周表面61延长而得到的正圆弧S61围成。另一方面，如图9所示，由形成于以往装置的缓冲轴承160的平面状的槽部169划分形成的可变节流孔的截面由作为切削面的直线S169(槽部169的截面)、和将缓冲轴承160的外周表面161进行延长而得到的正圆弧S161围成。与槽部169相比，锥形槽62形成为在缓冲轴承60的周向上的狭小的范围内延伸的截面形状。关于锥形槽62和槽部169，若比较各自的深度(与中心轴线O正交的半径方向的最大切削宽度)相同的情况下的截面积，则锥形槽62的截面积比槽部169的截面积小。因此，由于切削倾斜角度的加工误差而产生的锥形槽62的截面积的偏差被抑制得比槽部169的截面积的偏差小。

图5～图7是表示缓冲轴承60进入到缓冲圆筒面45的缓冲行程与可变节流孔9的开口面积之间的关系的特性图。在图5～图7中，用实线表示的特性是由本实施方式的锥形槽62划分形成的可变节流孔9的特性，用虚线表示的特性是由以往装置的平面状的槽部169划分形成的可变节流孔的特性。

图5示出了以切削倾斜角度(倾斜角度)互为相同的方式形成的锥形槽62的特性A1和槽部169的特性a1。该锥形槽62和槽部169形成为相同缓冲行程处的深度(与中心轴线O正交的半径方向的切削宽度)相同、并且最大深度也相同。在图5的特性图中，两特性A1、a1都是随着缓冲行程变大，可变节流孔9的开口面积逐渐减小，但是本实施方式的特性A1的减小的程度比以往装置的特性a1的减小的程度小。若比较相同缓冲行程处的可变节流孔9的开口面积，则本实施方式的特性A1的可变节流孔9的开口面积比以往装置的特性a1的可变节流孔9的开口面积小。

图6是示出了在切削倾斜角度在公差内即0°～2°的范围内产生加工误差的情况下，最小值(0°)的锥形槽62的特性A2和槽部169的特性a2、中间值(1°)的锥形槽62的特性B2和槽部169的特性b2、最大值(2°)的锥形槽62的特性C2和槽部169的特性c2。作为最小值的特性A2和特性a2分别设定锥形槽62、槽部169的截面积和切削倾斜角度，以使相同缓冲行程处的开口面积互为相等。分别设定锥形槽62、槽部169的切削倾斜角度，以使特性B2、C2和特性b2、c2相对于特性A2和特性a2具有相同的角度加工误差(1°、2°)。根据图6的特性图可知，与以往装置的特性b2、c2相比，本实施方式的特性B2、C2的、由于切削倾斜角度的加工误差导致的可变节流孔9的开口面积所产生的偏差的大小减小。因此，与以往的槽部169相比，本实施方式的锥形槽62能够增大切削倾斜角度所要求的公差(加工误差的容许值)。

图7示出了通过改变锥形槽62的切削半径R任意地设定开口面积而得到的锥形槽62的特性B3、A3、C3。在特性B3、A3、C3中，锥形槽62的切削倾斜角度和深度为相同值，以按照特性B3、A3、C3的顺序增大的方式设定锥形槽62的切削半径R。在图7中，a3是以开口面积与锥形槽62的特性A3的开口面积大致相同的方式形成的槽部169的特性。切削倾斜角度是改变槽部169的特性的参数之一。相对于此，本实施方式的锥形槽62由于也能够通过改变切削半径R而改变其特性，所以与以往的槽部169相比能够精细地设定可变节流孔9的开口面积。

在活塞杆30在液压缸1进行伸长动作的行程端减速的缓冲动作时，杆室3所产生的缓冲压力被导入缓冲轴承60的内周，因此缓冲轴承60在径向上扩张而弹性变形。由于锥形槽62仅通过连续地弯曲成圆弧状的圆弧状曲面62C形成，且不具有呈直线状延伸的部位、弯折的部位，因此抑制在缓冲轴承60在缓冲压力的作用下扩张从而弹性变形时应力集中。由此，能够确保缓冲轴承60的强度，抑制在缓冲轴承60的开设锥形槽62的部位产生龟裂等。

根据以上的第1实施方式，起到以下所示的作用效果。

流体压缸1在活塞杆30到达行程端附近时缓冲轴承60进入到缓冲圆筒面45的内侧而对工作流体的流动进行节流，该流体压缸1具备开设在缓冲轴承60的外周表面61并相对于缓冲轴承60的中心轴线O倾斜的锥形槽62，锥形槽62的与其长度方向正交的截面形状形成为圆弧状。因此，在缓冲轴承60在导入轴承内周间隙7的缓冲压力的作用下扩张而弹性变形时，抑制应力集中于缓冲轴承60的开设锥形槽62的部位，能够确保缓冲轴承60的强度。

也就是说，由于锥形槽62的与其长度方向正交的截面形状形成为正圆弧状，且不具有圆弧状曲面62C曲率变化的部位，所以抑制应力集中于缓冲轴承60的开设锥形槽62的部位，能够确保缓冲轴承60的强度。

另外，在活塞杆30到达行程端附近时，当缓冲轴承60进入到缓冲圆筒面45的内侧时，工作流体的流动在缓冲轴承60与缓冲圆筒面45这二者之间被节流，由此产生缓冲压力，活塞杆30减速。随着活塞杆30靠近行程端，由锥形槽62划分形成的可变节流孔的开口面积变小。将锥形槽62的截面的曲率半径(切削半径R)和倾斜角度作为参数来改变可变节流孔9的开口面积，能够细致且高精度地设定活塞杆30减速的缓冲特性。

另外，由于锥形槽62形成为在缓冲轴承60的外周表面61弯曲成圆弧状，因此与以往装置的缓冲轴承的外周表面被切除成平面状而得到的槽部169相比，抑制倾斜角度的加工误差所引起的缓冲特性的偏差。

如此，根据第1实施方式的流体压缸(液压缸1)，既能抑制缓冲特性的偏差，又能确保缓冲轴承60的强度。

(第2实施方式)

接下来，参照图8，说明本发明的第2实施方式。以下，以与上述第1实施方式不同的点为中心进行说明，对与上述第1实施方式的流体压缸(液压缸1)相同的结构标注相同的附图标记并省略说明。

在上述第1实施方式的流体压缸中，是在缓冲轴承60形成锥形槽62、且锥形槽62形成呈正圆弧状弯曲的截面形状的结构。在第2实施方式的流体压缸中，做成在缓冲轴承60形成锥形槽72、且锥形槽72形成呈椭圆弧状弯曲的截面形状的结构。

在图8中示出缓冲轴承60的加工工序。使切削工具(未图示)沿着半径R的椭圆弧S72移动，同时使切削工具沿着相对于缓冲轴承60的中心轴线O倾斜的切削中心轴线O72移动，从而切削缓冲轴承60，由此形成椭圆弧状曲面(槽内表面)72C。由此，锥形槽72形成为弯曲成沿着椭圆的椭圆弧状的截面形状。

根据以上的第2实施方式，起到以下所示的作用效果。

由于锥形槽72的与其长度方向正交的截面形状形成为沿着椭圆的圆弧状，所以通过改变椭圆的长轴的长度或者短轴的长度，能够提高设定锥形槽72的截面积的自由度。并且，抑制应力集中于缓冲轴承60的开设锥形槽72的部位，能够确保缓冲轴承60的强度。

如此，根据第2实施方式的流体压缸(液压缸1)，既能抑制缓冲特性的偏差，又能确保缓冲轴承60的强度。

此外，本发明也能够应用于在流体压缸(液压缸1)进行收缩动作时的活塞杆的行程端附近使活塞杆减速的缓冲机构(未图示)。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是上述实施方式只不过示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并非将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。

本申请基于2012年10月11日向日本国特许厅提出申请的日本特愿2012－226143要求优先权，该申请的全部内容作为参照被编入本说明书。

Claims (3)

1.一种流体压缸(1)，被插入到缸体(10)的活塞杆(30)利用在行程端附近产生的缓冲压力减速，该流体压缸(1)包括：

缓冲圆筒面(45)，其设于所述缸体(10)；

筒状的缓冲轴承(60)，其设于所述活塞杆(30)，并在行程端附近进入到所述缓冲圆筒面(45)的内侧从而对工作流体的流动进行节流；以及

锥形槽(62)，其开设在所述缓冲轴承(60)的外周表面，并相对于所述缓冲轴承(60)的中心轴线倾斜，

所述锥形槽(62)的与其长度方向正交的截面形状形成为圆弧状。

2.根据权利要求1所述的流体压缸(1)，其中，

所述锥形槽(62)的与其长度方向正交的截面形状形成为正圆弧状。

3.根据权利要求1所述的流体压缸(1)，其中，

所述锥形槽(62)的与其长度方向正交的截面形状形成为椭圆弧状。