CN107131172A - 基于空气互锁平衡原理的新型动力结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空气互锁平衡原理的新型动力结构，旨在提供一种结构紧凑、使用精度高、内部接触摩擦力小和使用寿命长的基于空气互锁平衡原理的新型动力结构。本发明包括缸体、气缸前端盖、活塞杆、节流密封环和背压气嘴，所述气缸前端盖设置于所述缸体的一端，所述节流密封环设置于所述气缸前端盖内，所述活塞杆的一端适配安装于所述缸体的腔体内，所述活塞杆的另一端依次穿过所述缸体、所述节流密封环和所述气缸前端盖，所述背压气嘴设置于所述气缸前端盖的一端且与所述节流密封环相连通。本发明应用于动力结构的技术领域。

Description

基于空气互锁平衡原理的新型动力结构

技术领域

本发明涉及一种动力结构,特别涉及一种基于空气互锁平衡原理的新型动力结构。

背景技术

随着工业革命后的技术发展，气动系统、液压系统、电动系统等逐渐取代人力在工业生产中发挥重大的作用和意义。而三者各自的优缺点决定其主要适合的使用结构和使用场合，相比较而言，气压传动和控制是工业生产过程中自动化和机械化最直接有效手段，其工作媒介就是自然界中取之不尽用之不竭的空气，成本低，无污染，且气动装置的结构简单、轻便、安全、可靠性高，而这几方面的优点是其成为现代工厂生产中最主要的设备运动动力来源的原因。但是，由于气动系统使用的气压一般在0.2-1.0MPA范围内，而输出力取决于活塞杆的前后压差，因此在实际使用中很难实现1N以下轻载荷的持续输出，由于缸体内部摩擦，而轻载荷的输出活塞前后的压差较小，实现1N以下轻载荷的持续输出几乎不可能，而由于液压和电动、磁动等系统的特性，也同样难以实现低成本的轻载荷输出。因此，如何实现低成本轻载荷的稳定输出成为一个技术难题。

由于使用伺服电机和步进电机无法现行稳定的低载荷输出，而市面上普通的输出力最小的气缸应该是微信笔形气缸，其中包括如图1所示的单动押出式气缸和如图2所示的普通复动型气缸的两种类型，其中市面上最小的气缸最小的内径为4mm，该尺寸笔形气缸的使用压力范围为复动型0.2-0.7MPa,单动型为0.3-0.7MPa，单动押出式则是一端通过弹性元件控制，另一端通过气压控制，单动押出式由于受弹性元件的影响，无法精准控制输出力，而复动型是活塞杆前后工作面均有气压控制，活塞杆作用面的前后压差决定输出力的大小，因此原则上可实现精准的压力输出。忽略内部摩擦力的因素，气缸的输出压力等同于气压差，但在实际使用过程中，由于一般气缸的内部密封圈使用由聚氨酯聚氨酯为主链含—NHCOO—重复结构单元的一类聚合物 ，英文缩写PU，包括硬质聚氨酯塑料、软质聚氨酯塑料、聚氨酯弹性体等多种形态，并分为热塑性和热固性两大类。其原料一般以树脂状态呈现，主链含—NHCOO—重复结构单元的一类聚合物 。英文缩写PU。由异氰酸酯单体与羟基化合物聚合而成。由于含强极性的氨基甲酸酯基，不溶于非极性基团，具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得适应较宽温度范围 为－50～150℃ 的材料 ，包括弹性体、热塑性树脂和热固性树脂。高温下不耐水解，亦不耐碱性介质。俗称优力胶、弹簧胶、牛筋或者丁腈橡胶丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合法制得的，丁腈橡胶主要采用低温乳液聚合法生产，耐油性极好，耐磨性较高，耐热性较好，粘接力强。其缺点是耐低温性差、耐臭氧性差，绝缘性能低劣，弹性稍低。 丁腈橡胶主要用于制造耐油橡胶制品。简称NBR，由丁二烯与丙烯腈共聚而制得的一种合成橡胶。是耐油尤其是烷烃油、耐老化性能较好的合成橡胶。丁腈橡胶中丙烯腈含量百分比有42～46、36～41、31～35、25～30、18～24等五种。丙烯腈含量越多，耐油性越好,但耐寒性则相应下降。它可以在120℃的空气中或在 150℃的油中长期使用。此外，它还具有良好的耐水性、气密性及优良的粘结性能。广泛用于制各种耐油橡胶制品、多种耐油垫圈、垫片、套管、软包装、软胶管、印染胶辊、电缆胶材料等，在汽车、航空、石油、复印等行业中成为必不可少的弹性材料。等软性塑料件做成，其与缸体内腔间的摩擦力极大，产生的阻力直接影响气缸最终压力的输出。而在低载荷输出时，由于活塞杆前后的压强差比较小，因此在运动过程中存在无法克服密封圈和缸体内腔的摩擦力，导致运行停止，影响设备的运作。

图1是单动押出式气缸的结构示意图，该结构由后缸盖a1、第一弹性垫a2、密封圈a3、导向环a4、活塞a5、缸筒a6、弹簧a7、第二弹性垫a8、活塞杆a9、前杠盖a10、螺母a11、导向套a12、卡环a13组成。

图2是普通复动型气缸的结构示意图，该结构由后缸盖b1、缓冲节流针阀b2、第一密封圈b3、第二密封圈b7、活塞密封圈b4、导向环b5、磁性环b6、活塞b8、缓冲柱塞b9、活塞杆b10、缸筒b11、缓冲密封圈b12、前缸盖b13、导向套b14、防尘组合密封圈b15组成。

在前文，我们已经一再指出电动和液压系统等均无法实现1N以下轻载荷的持续输出，因此在实际运用到轻载荷持续输出的机构中，现在市面上使用的测试设备均是使用物体的自重敲击完成轻载荷的持续输出，如图3至图5所示，该结构包括直流电磁铁、砝码c14、缓冲机构c13，直流电磁铁内部包含垫片d1、电磁铁弹簧d2、电磁铁铁芯d11、衔铁d14、拉杆d12、锁环d5，缓冲机构c13内部包含缓冲弹性销d7，锁紧封帽d9、软性压头d10，该类自动化测试机台使用直流电磁铁作为控制媒介，带动砝码c14向下运动，利用电磁铁衔铁d11的运行速度大于物体自由落体所产生的速度实现砝码c14的自由落体敲击，该类设计可使用控制砝码14的重量实现低载荷持续输出，该结构复杂，成本偏高，而且由于砝码c14的自由落体运动在这个体统中带入一个自由落体产生的速度，砝码c14产生的动能全部被测产品承受，虽然在接触端的缓冲机构c13起到卸载负荷的作用，但由于力的作用是相互的，因此自由落体产生的动能依然对产品产生冲击，从而影响需要运用轻载荷实现的测试的测试结果有所影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种结构紧凑、使用精度高、内部接触摩擦力小和使用寿命长的基于空气互锁平衡原理的新型动力结构。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括缸体、气缸前端盖、活塞杆、节流密封环和背压气嘴，所述气缸前端盖设置于所述缸体的一端，所述节流密封环设置于所述气缸前端盖内，所述活塞杆的一端适配安装于所述缸体的腔体内，所述活塞杆的另一端依次穿过所述缸体、所述节流密封环和所述气缸前端盖，所述背压气嘴设置于所述气缸前端盖的一端且与所述节流密封环相连通。

进一步的，所述节流密封环的环身上设有第一圆环槽，所述节流密封环内设有与所述活塞杆相适配的型腔，所述第一圆环槽上均匀阵列有若干组排气孔组，所述排气孔组包括若干个相互平行且均与所述型腔相连通的第一排气孔。

进一步的，所述活塞杆的杆身上设有与所述活塞杆内腔相连通的通孔，所述活塞杆位于所述缸体的腔体内的一端设有若干个第二圆环槽，所述第二圆环槽上均设有若干个均匀阵列的第二排气孔，所述第二排气孔与所述活塞杆内腔相连通。

进一步的，所述活塞杆位于所述缸体的腔体内的一端内设置有密封堵头，所述密封堵头与所述活塞杆内腔相适配。

进一步的，所述型腔内设有半腰形孔，所述半腰形孔与所述气缸前端盖的内腔相连通。

进一步的，所述背压气嘴的前端设置有若干个气嘴密封圈。

进一步的，所述缸体和所述背压气嘴分别与外部的两台气管相连通，所述缸体为方形结构，且所述缸体的外端面设有圆弧槽。

进一步的，所述气缸前端盖设有的气缸气嘴，所述背压气嘴通过所述气缸气嘴与所述节流密封环相连通。

进一步的，所述活塞杆为气膜活塞杆。

本发明的有益效果是：由于本发明包括缸体、气缸前端盖、活塞杆、节流密封环和背压气嘴，所述气缸前端盖设置于所述缸体的一端，所述节流密封环过盈配合设置于所述气缸前端盖内，所述活塞杆的一端适配安装于所述缸体的腔体内，所述活塞杆的另一端依次穿过所述缸体、所述节流密封环和所述气缸前端盖，所述背压气嘴设置于所述气缸前端盖的一端且与所述节流密封环相连通,所述活塞杆的杆身上设有与所述活塞杆内腔相连通的通孔，本发明在连通气压后，气压通过所述背压气嘴进入所述气缸前端盖的腔体内后，由于所述节流密封环与所述气缸前端盖为过盈配合，气压在所述节流密封环和所述活塞杆上形成气膜密封，并使所述活塞杆中悬浮，从而使所述活塞杆在运动过程中和所述节流密封环之间的摩擦阻力几乎为零，可忽略不计；所述活塞杆位于所述缸体的腔体内的一端设有若干个第二圆环槽，所述第二圆环槽上均设有若干个均匀阵列的第二排气孔，所述第二排气孔与所述活塞杆内腔相连通，所述第二排气孔通过向所述活塞杆外排气，在所述活塞杆和所述缸体之间形成气膜密封，并使所述活塞杆悬浮在所述缸体内，从而使所述活塞杆除了前端和所述气缸前缸盖中的导向的接触之外，其它位置形成气膜，使所述缸体和所述活塞杆之间的接触面降到最小，从而大大减少摩擦力，使本发明能完成1N以下力的持续输出；所以本发明针对普通气缸因为缸体内腔与密封圈之间的摩擦力无法消除导致低压无法长时间运行的情况，去除密封圈，利用气膜密封的原理阻断活所述塞杆前后的空气相互外泄窜扰影响，从而技能减少摩擦力的同时也能完成正常运转。

附图说明

图1是单动押出式气缸的结构示意图；

图2是普通复动型气缸的结构示意图；

图3是现行市面实现轻载荷持续输出的示意图；

图4是现行市面实现轻载荷持续输出的剖意图；

图5是缓冲机构的放大图；

图6是本发明的爆炸示意图一；

图7是本发明的爆炸示意图二；

图8是本发明的剖视图；

图9是节流密封环的结构示意图；

图10是节流密封环的主视图；

图11是活塞杆的结构示意图。

具体实施方式

如图6和图11所示，在本实施例中，本发明包括缸体1、气缸前端盖2、活塞杆3、节流密封环4和背压气嘴5，所述活塞杆3为气膜活塞杆，所述气缸前端盖2设置于所述缸体1的一端，所述节流密封环4设置于所述气缸前端盖2内，所述活塞杆3的一端适配安装于所述缸体1的腔体内，所述活塞杆3的另一端依次穿过所述缸体1、所述节流密封环4和所述气缸前端盖2，所述气缸前端盖2设有的气缸气嘴21，所述背压气嘴5通过所述气缸气嘴21与所述节流密封环4相连通。

在本实施例中，所述节流密封环4的环身上设有第一圆环槽41，所述节流密封环4内设有与所述活塞杆3相适配的型腔42，所述第一圆环槽41上均匀阵列有若干组排气孔组，所述排气孔组包括两个相互平行且均与所述型腔42相连通的第一排气孔43。

在本实施例中，所述活塞杆3的杆身上设有与所述活塞杆3内腔相连通的通孔31，所述通孔31为圆形孔，所述活塞杆3位于所述缸体1的腔体内的一端设有若干个第二圆环槽32，所述第二圆环槽32上均设有若干个均匀阵列的第二排气孔33，所述第二排气孔33与所述活塞杆3内腔相连通。

在本实施例中，所述活塞杆3位于所述缸体1的腔体内的一端内设置有密封堵头6，所述密封堵头6与所述活塞杆3内腔相适配。

在本实施例中，所述型腔42内设有半腰形孔44，即U型孔，所述半腰形孔44与所述气缸前端盖2的内腔相连通。

在本实施例中，整个结构功能的实现主要是通过所述节流密封环4和所述气膜活塞杆3配合完成，其中所述缸体1的内腔和所述背压气嘴5分别连通两台气管，由于所述背压气嘴5接通的是所述气膜活塞杆3受压面积小的一面，根据压力F等于压强P除以面积S（F=P/S）的计算公式，在正压和背压相同的情况下，连通所述背压气嘴5所需要的压力较连通所述缸体1所需的气压较大，为避免气体泄漏，所述背压气嘴5的前端设置有两个气嘴密封圈7进行双重密封，所述气嘴密封圈7和所述背压气嘴5间使用过盈配合，充分保障结构中气压稳定，无气体泄漏的可能性。

在本实施例中，所述缸体1的外端面设有圆弧槽11，所述圆弧槽11用于快速换取装卸机构气管，而所述缸体1使用不同于普通笔型气缸的圆柱形结构的方形结构就是为了达到装卸方便的功能，而且所述缸体1的墙体使用厚度为5的SUS304钢材制造，保证硬度的同时又易于使用工具取装卸机构，方便快捷。

本发明的工作原理为：在连通气压后，气压通过所述背压气嘴5和所述气缸气嘴21进入到所述气缸前端盖2腔体内，由于所述节流密封环4和所述气缸前端盖2之间是过盈配合，所述节流密封环4紧密固定在所述气缸前端盖2中，空气从背压气嘴5中进入所述缸体1，由于所述节流密封环4和所述气缸前端盖2之间密封，空气快速布满所述第一圆环槽41内然后从各个所述第一排气孔43中进入所述型腔42，所述节流密封环4和所述活塞杆3之间的配合间隙达到μ级， 空气在所述活塞杆3和所述节流密封环4间形成气膜密封，并使带动活塞杆3中悬浮，从而使带动活塞杆3在运动过程中和所述节流密封环4之间的摩擦阻力几乎为零，可忽略不计。

另外所述U型孔连通所述气缸前端盖2的内腔，推动所述活塞杆3后退，后退过程中，所述通孔31连接所述活塞杆3的内腔，所述活塞杆3的内腔也均匀布满等距所述第二排气孔33，所述第二排气孔33连通所述第二圆环槽41，通过向所述活塞杆3外排气，在所述活塞杆3和所述缸体1之间形成气膜密封，并使所述活塞杆3悬浮在带动缸体1内，从而使带动活塞杆3除了前端和述气缸前端盖2中的导向的接触卫外，其它位置形成气膜，使所述缸体1和所述活塞杆3之间的接触面降到最小，从而大大减少摩擦力，使该结构能完成1N以下力的持续输出。

本发明应用于动力结构的技术领域。

虽然本发明的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本发明含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种基于空气互锁平衡原理的新型动力结构，其特征在于：它包括缸体（1）、气缸前端盖（2）、活塞杆（3）、节流密封环（4）和背压气嘴（5），所述气缸前端盖（2）设置于所述缸体（1）的一端，所述节流密封环（4）设置于所述气缸前端盖（2）内，所述活塞杆（3）的一端适配安装于所述缸体（1）的腔体内，所述活塞杆（3）的另一端依次穿过所述缸体（1）、所述节流密封环（4）和所述气缸前端盖（2），所述背压气嘴（5）设置于所述气缸前端盖（2）的一端且与所述节流密封环（4）相连通。

2.根据权利要求1所述的基于空气互锁平衡原理的新型动力结构，其特征在于：所述节流密封环（4）的环身上设有第一圆环槽（41），所述节流密封环（4）内设有与所述活塞杆（3）相适配的型腔（42），所述第一圆环槽（41）上均匀阵列有若干组排气孔组，所述排气孔组包括若干个相互平行且均与所述型腔（42）相连通的第一排气孔（43）。

3.根据权利要求1所述的基于空气互锁平衡原理的新型动力结构，其特征在于：所述活塞杆（3）的杆身上设有与所述活塞杆（3）内腔相连通的通孔（31），所述活塞杆（3）位于所述缸体（1）的腔体内的一端设有若干个第二圆环槽（32），所述第二圆环槽（32）上均设有若干个均匀阵列的第二排气孔（33），所述第二排气孔（33）与所述活塞杆（3）内腔相连通。

4.根据权利要求1所述的基于空气互锁平衡原理的新型动力结构，其特征在于：所述活塞杆（3）位于所述缸体（1）的腔体内的一端内设置有密封堵头（6），所述密封堵头（6）与所述活塞杆（3）内腔相适配。

5.根据权利要求2所述的基于空气互锁平衡原理的新型动力结构，其特征在于：所述型腔（42）内设有半腰形孔（44），所述半腰形孔（44）与所述气缸前端盖（2）的内腔相连通。

6.根据权利要求1所述的基于空气互锁平衡原理的新型动力结构，其特征在于：所述背压气嘴（5）的前端设置有若干个气嘴密封圈（7）。

7.根据权利要求1所述的基于空气互锁平衡原理的新型动力结构，其特征在于：所述缸体（1）和所述背压气嘴（5）分别与外部的两台气管相连通，所述缸体（1）为方形结构，且所述缸体（1）的外端面设有圆弧槽（11）。

8.根据权利要求1所述的基于空气互锁平衡原理的新型动力结构，其特征在于：所述气缸前端盖（2）设有的气缸气嘴（21），所述背压气嘴（5）通过所述气缸气嘴（21）与所述节流密封环（4）相连通。

9.根据权利要求1所述的基于空气互锁平衡原理的新型动力结构，其特征在于：所述活塞杆（3）为气膜活塞杆。