CN106246634B - 一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸 - Google Patents

Abstract

一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸，它涉及一种气浮式无摩擦气缸，具体涉及一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸。本发明为了解决现有无摩擦气缸不能承受较大径载荷的问题。本发明包括活塞限位板组件、活塞杆、上活塞、下活塞、后端盖、前端盖、螺栓支撑组件和气缸缸筒，限位板组件、前端盖、气缸缸筒、后端盖由上至下依次设置，活塞限位板组件的下表面通过螺栓支撑组件与前端盖的上表面连接，前端盖于气缸缸筒的上端连接，后端盖与气缸缸筒的下端连接，后端盖的侧壁上设有驱动压力进气口，驱动压力进气口与气缸缸筒内腔连通，活塞杆插装在气缸缸筒内，活塞杆的上端穿过前端盖与活塞限位板组件连接，活塞杆的下端与下活塞连接，上活塞套装在活塞杆上。本发明属于机械领域。

Description

一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸

技术领域

本发明涉及一种气浮式无摩擦气缸，具体涉及一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸，属于机械领域。

背景技术

气缸被广泛应用于各个领域，但是由于密封圈的使用使得活塞与缸筒之间存在接触摩擦，极大的影响其工作效率。为了有效的降低摩擦力，提高工作效率，业内做了诸多的有意义的探索，如：1、提高加工精度；2、采用低摩擦系数的材质；3、采用超声减摩来降低气缸的摩擦力；4、采用气浮支撑原理降低摩擦力等。上述一系列的方法虽然可在一定程度上减小气缸摩擦力，但是也存在一些缺陷和不足。

近年，业内在现有的低摩擦气缸基础上，取得了新的突破与创新。具体表现为如下三种新型气缸：一种是间隙密封气缸，这种新型气缸采用间隙密封技术来降低活塞与气缸缸筒内壁之间的摩擦力，活塞杆前端与缸筒之间采用滚珠导向套来有效降低摩擦力。这种新型间隙密封气缸在匀速性、高低压摩擦等方面都有突出贡献，但同样存在一些不足，不能承受较大的径向载荷，结构复杂、加工制造难度大；一种是膜片式气缸，该气缸在活塞和气缸缸筒内壁之间设计了彼此连接的隔膜囊。气缸在工作的过程中活塞与缸筒内壁不直接接触，并且活塞杆前端采用了直线滚珠轴承，极大降低了气缸的摩擦力。膜片式气缸具备了所有气缸应具备的特点，由于这种特殊的膜片式结构限制，工作行程有限，极大的限制其应用领域和应用范围；另一种是单活塞气浮气缸，该气缸在活塞与气缸缸筒内壁之间采用了静压支撑的原理设计了气浮轴承，并且活塞杆前端也设计了气浮轴承，极大的降低了气缸的摩擦力。这种气缸行程也可以做的比较长，可以运用在对摩擦力要求苛刻的场合。此类气缸一般采用气缸驱动压力作为静压支撑的气源压力，所以静压支撑的效果会受到气缸驱动压力的变化而有所变化；而且这类气缸一般不能承受较大的径向载荷，这也限制了该类气缸的应用领域和应用范围。

发明内容

本发明为解决现有无摩擦气缸不能承受较大径载荷的问题，进而提出一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括活塞限位板组件、活塞杆、上活塞、下活塞、后端盖、前端盖、螺栓支撑组件和气缸缸筒，限位板组件、前端盖、气缸缸筒、后端盖由上至下依次设置，活塞限位板组件的下表面通过螺栓支撑组件与前端盖的上表面连接，前端盖于气缸缸筒的上端连接，后端盖与气缸缸筒的下端连接，后端盖的侧壁上设有驱动压力进气口，驱动压力进气口与气缸缸筒内腔连通，活塞杆插装在气缸缸筒内，活塞杆的上端穿过前端盖与活塞限位板组件连接，活塞杆的下端与下活塞连接，上活塞套装在活塞杆上。

本发明的有益效果是：本发明通过静压支撑的气浮轴承有效地实现了上、下活塞外圈外表面与气缸缸筒内壁之间的零摩擦，极大地提高了本发明的工作效率；采用双活塞结构可以有效的解决单活塞气浮气缸具有的不能承受较大径向承载力的缺陷。另外，本发明还有效的解决了低摩擦气缸具有的结构复杂，行程小等缺陷和不足。本发明有效实现了无接触式零摩擦力的工作方式，大大降低了能量的损耗；采用双活塞结构可以有效的解决单活塞气浮气缸具有的不能承受较大径向承载力的缺陷，从而延长气缸的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是本发明的主剖视图，图3是图2中a处放大图，图4是本发明上活塞和下活塞的横截面示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸包括活塞限位板组件1、活塞杆2、上活塞3、下活塞4、后端盖5、前端盖6、螺栓支撑组件7和气缸缸筒10，限位板组件1、前端盖6、气缸缸筒10、后端盖5由上至下依次设置，活塞限位板组件1的下表面通过螺栓支撑组件7与前端盖6的上表面连接，前端盖6于气缸缸筒10的上端连接，后端盖5与气缸缸筒10的下端连接，后端盖5的侧壁上设有驱动压力进气口8，驱动压力进气口8与气缸缸筒10内腔连通，活塞杆2插装在气缸缸筒10内，活塞杆2的上端穿过前端盖6与活塞限位板组件1连接，活塞杆2的下端与下活塞4连接，上活塞3套装在活塞杆2上。

本实施方式中气缸缸筒10、上活塞3、下活塞4以及活塞杆2构成本发明主体结构，均采用金属材料制作而成。后端盖5的侧壁上设有驱动压力进气口8，驱动压力进气口8连通气缸缸筒10内，主要通过驱动压力进气口8对气缸缸筒10内进行通气。所述后端盖壳体51前端设有密封圈，以提高本发明密封效果。

上活塞3、下活塞4设于气缸缸筒10内，在正常工作状态下，上活塞外圈31、下活塞外圈41与气缸缸筒10内壁之间呈一定间隙b，以确保本发明在正常工作状态下实现上活塞3、下活塞4与气缸缸筒10之间的无摩擦。

限位板组件的作用：①限位板上端面上的6个螺纹孔可用来连接固定负载；②防止下活塞4下端面与后端盖5上端面发生接触，如果接触则负载的重力作用在下活塞4下端面上，压溃了下活塞4的下端面。

活塞限位板组件与活塞杆之间是刚性连接的，随着活塞杆上、下运动。它的作用就是当下活塞运动到最低位置时不让其与后端盖之间发生接触，防止负载对下活塞压溃损坏。

当气缸处于未工作状态时，由于活塞限位板组件的存在，下活塞下端面与后端盖上端面之后会存在5～8mm的间隙，以保证受力传递到缸筒上。

缸正常工作时，活塞处于伸出状态，此时活塞限位板组件1不会与螺栓支撑组件7相连。两者也并未相连，限位板组件1是为了防止下活塞4与后端盖5接触。下活塞4降到最低位置时由于限位组件1的限制使得下活塞4与后端盖5之间不会接触。

上活塞内圈与上活塞外圈之间有2个O型密封圈；下活塞外圈与下活塞内圈之间有两个O型密封圈。加密封圈是为了提高气浮轴承供气腔室的密封效果。

具体实施方式二：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸的活塞限位板组件1由上板、圆柱体、下板由上至下依次连接组成，所述圆柱体内设有空腔，所述圆柱体的外侧壁上开有第一通孔e1和第二通孔e2，且第一通孔e1和第二通孔e2均与所述圆柱体内的空腔连通。

活塞杆主体22上端固定设有活塞杆上连接接头24以连接活塞限位板1，实现对下活塞4在轴向上进行限位以避免下活塞4与后端盖5相接触。向心关节轴承332的主要作用在于当活塞杆主体22与上活塞3发生偏心的情况下起到纠偏的作用，球形浮动接头433的主要作用在于当活塞杆主体22与下活塞4发生偏心的情况下起到纠偏的作用。活塞杆主体22为中空圆柱体，配合限位板1形成上活塞3和下活塞4的气浮轴承供气通道。上活塞3的气浮轴承供气通道为供气管通过e1孔，穿过活塞杆主体22中空通道在f1孔口处出来连接至上活塞气浮轴承供气口322。下活塞4的气浮轴承供气通道为供气管通过e2孔，穿过活塞杆主体22中空通道在f2孔口处出来连接至下活塞气浮轴承供气口422。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸的活塞杆2包括活塞杆下连接头21、活塞杆主体22、固定螺母23和活塞杆上连接头24，活塞杆上连接头24的上端与活塞限位板组件1的下板连接，活塞杆上连接头24的下端通过固定螺母23与活塞杆主体22的上端连接，活塞主体22的下端与活塞杆下连接接头21连接。固定螺母23的作用是反向拧紧以防止活塞杆上连接头24与活塞杆主体22连接发生相对转动。活塞杆主体22的下端与活塞杆下连接接头21是通过螺纹进行连接的。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸的上活塞3包括上活塞外圈31、上活塞内圈32和关节轴承组件33，上活塞内圈32通过关节轴承组件33套装在活塞杆主体22上，上活塞外圈31套装在上活塞内圈32上，上活塞外圈31通过多个固定螺钉321与上活塞内圈32可拆卸连接，上活塞内圈32的底部设有上活塞气浮轴承供气口322和上活塞气浮供气压力检测口323。

本实施方式中上活塞外圈31上沿圆周方向均布设有多个出气孔c，每个出气孔c均设有一个红宝石节流塞312。所述出气孔c出口处设有节流孔出口腔d，以实现上活塞外圈31外壁各处喷压均匀。红宝石截流塞312设于出气孔c中间位置。上活塞内圈32下端面设有上活塞气浮轴承供气口322，上活塞气浮轴承供气口322连通上活塞3内，主要通过上活塞气浮轴承供气口322对上活塞3内进行通气。上活塞内圈32下端面设有气浮供气压力检测口323以对静压支撑供气压力进行检测。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式五：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸的关节轴承组件33由轴用弹性挡圈一331、向心关节轴承332、轴用弹性挡圈二333、关节轴承端盖334和孔用弹性挡圈335组成，关节轴承端盖334和向心关节轴承332由上至下依次套装在活塞杆主体22上，上活塞内圈32套装在向心关节轴承332和关节轴承端盖334上，向心关节轴承332的下端和上端分别设有轴用弹性挡圈一331和轴承弹性挡圈二333，孔用弹性挡圈335设置在关节轴承端盖334的上方，且孔用弹性挡圈335位于上活塞外圈31的内侧壁与活塞杆主体22的外侧壁之间。轴用弹性挡圈一331和轴用弹性挡圈二333用来实现向心关节轴承332在活塞杆主体22轴向上的固定。关节轴承压盖334以实现向心关节轴承332与上活塞内圈32的固定。关节轴承压盖334上端面固定设有孔用弹性挡圈335以实现向心关节轴承332与上活塞3的固定。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸的下活塞4包括下活塞外圈41、下活塞内圈42和下活塞端盖43，下活塞内圈42套装在活塞杆主体22的下端，下活塞外圈41套装在下活塞内圈42上，下活塞外圈41的上端通过多个固定螺钉421与下活塞内圈42连接，下活塞外圈41的下端通过多个固定螺钉432与下活塞端盖43连接，下活塞内圈42的上部设有下活塞气浮供气压力检测口423和下活塞气浮轴承供气口422。

下活塞外圈41圆周方向上设有若干出气孔c，每个出气孔c内设有红宝石截流塞412，用于将下活塞4内的气体均匀向外喷出。每个出气孔c出口处设有节流孔出口腔d，以实现下活塞外圈41外壁各处喷压均匀。红宝石截流塞412设于出气孔c中间位置。下活塞内圈42上端面上设有固定螺钉421以实现下活塞内圈42与下活塞外圈41之间的固定。下活塞内圈42上端面设有下活塞气浮轴承供气口422，下活塞气浮轴承供气口422连通下活塞4内，主要通过下活塞气浮轴承供气口422对下活塞4内进行通气。下活塞内圈42上端面设有气浮供气压力检测口423以对静压支撑供气压力进行检测。下活塞外圈41的外壁上固定设有多个出气孔c，每个出气孔c均设有一个红宝石节流塞412。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸的下活塞端盖43包括下活塞端盖壳体431和球形浮动接头433，球形浮动接头433设置在下活塞内圈42内，且活塞杆主体22的下端通过球形浮动接头433与下活塞壳体433连接。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸还包括多个端盖拉杆9，前端盖6的下表面通过多个端盖拉杆9与后端盖5的上表面连接。端盖拉杆9用来固定前端盖6与后端盖5之间的轴向相对位置。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理

在本发明工作前，首先通过e1孔和e2孔经由活塞杆主体22中空部分再经过f1孔和f2孔对上活塞气浮轴承供气口322、下活塞气浮轴承供气口422进行供气，使上活塞3和下活塞4处于静压支撑的状态，当所进气体达到一定压力时，高压气体从出气孔c上的红宝石截流塞312与红宝石截流塞312中喷出，通过节流孔出口腔d均压后进入上活塞外圈31、下活塞外圈41与气缸缸筒10内壁之间形成的气膜间隙b，从而使上活塞3、下活塞4与气缸缸筒10之间产生物理隔离。然后对后端盖5上的驱动压力进气口8供气，气体经驱动压力进气口8进入气缸缸筒10内。气缸缸筒10后端压力升高，推动活塞杆向上运动。如需进行相反运动，则对气缸后端盖5上的驱动压力进气口8进行排气，可实现与前述相反的运动。在上活塞外圈31、下活塞外圈41与气缸缸筒10内壁最终保持一定间隙b情况下，本发明可实现零摩擦操作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸，它包括活塞限位板组件(1)、活塞杆(2)、上活塞(3)、下活塞(4)、后端盖(5)、前端盖(6)、螺栓支撑组件(7)、多个端盖拉杆(9)和气缸缸筒(10)，限位板组件(1)、前端盖(6)、气缸缸筒(10)、后端盖(5)由上至下依次设置，活塞限位板组件(1)的下表面通过螺栓支撑组件(7)与前端盖(6)的上表面连接，前端盖(6)与气缸缸筒(10)的上端连接，后端盖(5)与气缸缸筒(10)的下端连接，后端盖(5)的侧壁上设有驱动压力进气口(8)，驱动压力进气口(8)与气缸缸筒(10)内腔连通，活塞杆(2)插装在气缸缸筒(10)内，活塞杆(2)的上端穿过前端盖(6)与活塞限位板组件(1)连接，活塞杆(2)的下端与下活塞(4)连接，上活塞(3)套装在活塞杆(2)上；活塞杆(2)包括活塞杆下连接头(21)、活塞杆主体(22)、固定螺母(23)和活塞杆上连接头(24)，活塞杆上连接头(24)的上端与活塞限位板组件(1)的下板连接，活塞杆上连接头(24)的下端通过固定螺母(23)与活塞杆主体(22)的上端连接，活塞主体(22)的下端与活塞杆下连接头(21)连接；前端盖(6)的下表面通过多个端盖拉杆(9)与后端盖(5)的上表面连接；其特征在于：活塞限位板组件(1)由上板、圆柱体、下板由上至下依次连接组成，所述圆柱体内设有空腔，所述圆柱体的外侧壁上开有第一通孔(e1)和第二通孔(e2)，且第一通孔(e1)和第二通孔(e2)均与所述圆柱体内的空腔连通。

2.根据权利要求1所述一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸，其特征在于：上活塞(3)包括上活塞外圈(31)、上活塞内圈(32)和关节轴承组件(33)，上活塞内圈(32)通过关节轴承组件(33)套装在活塞杆主体(22)上，上活塞外圈(31)套装在上活塞内圈(32)上，上活塞外圈(31)通过多个固定螺钉(321)与上活塞内圈(32)可拆卸连接，上活塞内圈(32)的底部设有上活塞气浮轴承供气口(322)和上活塞气浮供气压力检测口(323);

上活塞外圈(31)上沿圆周方向均布设有多个出气孔(c)，每个出气孔(c)均设有一个红宝石节流塞(312)。

3.根据权利要求2所述一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸，其特征在于：关节轴承组件(33)由轴用弹性挡圈一(331)、向心关节轴承(332)、轴用弹性挡圈二(333)、关节轴承端盖(334)和孔用弹性挡圈(335)组成，关节轴承端盖(334)和向心关节轴承(332)由上至下依次套装在活塞杆主体(22)上，上活塞内圈(32)套装在向心关节轴承(332)和关节轴承端盖(334)上，向心关节轴承(332)的下端和上端分别设有轴用弹性挡圈一(331)和轴用弹性挡圈二(333)，孔用弹性挡圈(335)设置在关节轴承端盖(334)的上方，且孔用弹性挡圈(335)位于上活塞外圈(31)的内侧壁与活塞杆主体(22)的外侧壁之间。

4.根据权利要求1所述一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸，其特征在于：下活塞(4)包括下活塞外圈(41)、下活塞内圈(42)和下活塞端盖(43)，下活塞内圈(42)套装在活塞杆主体(22)的下端，下活塞外圈(41)套装在下活塞内圈(42)上，下活塞外圈(41)的上端通过多个固定螺钉(421)与下活塞内圈(42)连接，下活塞外圈(41)的下端通过多个固定螺钉(432)与下活塞端盖(43)连接，下活塞内圈(42)的上部设有下活塞气浮供气压力检测口(423)和下活塞气浮轴承供气口(422)。

5.根据权利要求4所述一种双活塞结构的气浮式无摩擦气缸，其特征在于：下活塞端盖(43)包括下活塞端盖壳体(431)和球形浮动接头(433)，球形浮动接头(433)设置在下活塞内圈(42)内，且活塞杆主体(22)的下端通过球形浮动接头(433)与下活塞端盖壳体(431)连接。