CN108869445B - 一种摩擦再生可控的无摩擦气缸 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种摩擦再生可控的无摩擦气缸，包括气囊和梭阀模块；气缸活塞无杆侧设有凹孔，气缸后端盖上设有拉伸体，且所述拉伸体位于所述凹孔内，所述拉伸体与凹孔间隙配合；所述拉伸体上设有气囊槽，所述气囊槽内放置所述气囊，所述气囊通过梭阀模块充气或者放气，使所述气囊与所述凹孔接触或者非接触。所述梭阀模块包括阀腔和阀芯，所述阀腔位于后端盖内部，所述阀腔通过第五通道与无杆腔进气口连通，所述阀腔通过第二通道与气囊连通；所述阀腔通过第一通道与气囊进气口连通；所述阀腔内设有可移动的阀芯。本发明可以在气缸中对摩擦力的情况进行控制，使气缸具有实现高精度的运动伺服控制和高精度力伺服控制的能力。

Description

一种摩擦再生可控的无摩擦气缸

技术领域

本发明涉及气缸领域，特别涉及一种摩擦再生可控的无摩擦气缸。

背景技术

气缸作为系统中的执行机构，在生产制造领域得到了广泛的应用。主要包括：在高速运动时，高输出力的体现以及快速平稳的响应能力；在低速运动时，较好的低压启动性能以及高精度定位的低爬行能力。然而，在气缸运行过程中，摩擦力为是影响系统性能的主要因素之一。由于摩擦力的存在，在气动系统的伺服控制中经常可能出现控制不稳定或爬行现象，尤其是在低速或者小位移的定位运动时。因此，对低摩擦气缸乃至无摩擦气缸的研究显得尤为重要。

申请号为201110200490.6的中国专利公开了一种气浮式无摩擦气缸，高压气体经活塞上的节流孔作用在缸筒内壁上，依靠气浮原理使得活塞与缸筒内壁无摩擦接触，再配合前端盖处的空气轴承，使得整个气缸实现了无摩擦运动；另一申请号为201711223571.1的中国专利公开了一种通用的双作用气浮无摩擦气缸，原理类似，也是依靠气浮原理实现了气缸的无摩擦运动，但作用在缸筒上的高压气体在在活塞两端泄压槽的作用下排至空气，其气浮效果较前一个专利得到了明显改善。

由于上述两种无摩擦气缸由于在整个运动过程中为无摩擦运动，缺少阻尼力，易实现高精度的力伺服控制，但难以实现高精度的运动伺服控制；而传统气缸则由于摩擦力的存在，易实现高精度的运动伺服控制，却难以实现高精度的力伺服控制。

气缸作为一种常见的执行元件在实际应用中往往会遇到这样的要求：在未接触工件前，气缸需要快速伸出并准确地接近工件，这要求气缸在接近过程中需要实现高精度的运动伺服控制，即气缸需要一定的摩擦力；待接触工件后需要气缸施加准确地作用力，这要求气缸能够实现高精度的力伺服控制，即气缸不需要摩擦力。对于上述要求，传统气缸和普通的无摩擦气缸是无法同时满足的。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种摩擦再生可控的无摩擦气缸，能够在气缸中对摩擦力的情况进行控制，使气缸具有实现高精度的运动伺服控制和高精度力伺服控制的能力。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种摩擦再生可控的无摩擦气缸，包括气囊和梭阀模块；气缸活塞无杆侧设有凹孔，气缸后端盖上设有拉伸体，且所述拉伸体位于所述凹孔内，所述拉伸体与凹孔间隙配合；所述拉伸体上设有气囊槽，所述气囊槽内放置所述气囊，所述气囊通过梭阀模块充气或者放气，使所述气囊与所述凹孔接触或者非接触。

进一步，所述梭阀模块包括阀腔和阀芯，所述阀腔位于后端盖内部，所述阀腔通过第五通道与无杆腔进气口连通，所述阀腔通过第二通道与气囊连通；所述阀腔通过第一通道与气囊进气口连通；所述阀腔内设有可移动的阀芯，通过改变阀芯的位置，使第一通道与第二通道连通或者第五通道与第二通道连通。

进一步，所述气囊槽为环形，所述气囊为环状。

进一步，所述气囊横截面为梯形，所述梯形气囊两边腰的厚度小于所述梯形气囊上顶面厚度或者下底面厚度。

进一步，所述拉伸体表面径向阵列若干气囊槽，每个所述气囊槽内均放置所述气囊，若干所述气囊均通过梭阀模块充气或者放气，使所述气囊与所述凹孔接触或者非接触。

进一步，所述气囊沿着气囊轴向截面为梯形，所述梯形气囊两边腰的厚度小于所述梯形气囊上顶面厚度或者下底面厚度。

进一步，每个所述气囊槽均通过气囊孔连通第二通道，所述气囊设有进气口，所述进气口放置在所述气囊孔内。

进一步，还包括释放套、第一固定件、卡环和第二固定件；所述气囊孔内设有卡槽，所述第一固定件固定安装在卡槽内，所述第一固定件上放置卡环，并通过所述第二固定件压紧卡环；所述释放套内放置所述气囊，所述释放套放置在气囊槽内部，且释放套与气囊槽底部保留间隙；所述进气口穿过释放套、第一固定件、卡环和第二固定件插入第二通道；所述卡环内圈设有棘刺，用于夹持进气口；所述释放套一端伸入到卡环的棘刺附近，通过减小释放套与气囊槽底部的间隙，使棘刺松开进气口。

进一步，还包括密封圈；所述密封圈位于第二固定件与第二通道之间；所述密封圈内圈与进气口密封配合。

进一步，伸入到卡环内部的所述释放套一端设有环状三角，所述环状三角卡在所述第一固定件内圈的台阶上。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的摩擦再生可控的无摩擦气缸，通过气囊和梭阀模块，实现活塞杆有摩擦或者无摩擦运动。

2.本发明所述的摩擦再生可控的无摩擦气缸，通过气囊和梭阀模块，能够在气缸中对摩擦力的情况进行控制，使气缸具有实现高精度的运动伺服控制和高精度力伺服控制的能力，弥补了无摩擦气缸和传统气缸不能同时兼具运动伺服控制和力伺服控制的不足。

附图说明

图1为本发明所述的摩擦再生可控的无摩擦气缸结构示意图；

图2为本发明所述的活塞内部结构示意图；

图3为本发明所述的后端盖剖视图；

图4为图3中A处的局部放大图；

图5为本发明所述的密封套剖视图；

图6为本发明所述的卡环三维图；

图7为本发明所述的第一固定件三维剖视图；

图8为本发明所述的释放套三维剖视图。

图中：

1-前端盖；2-空气轴承；3-活塞杆；4-后端盖；5-活塞；6-缸筒；7-凹孔；8-拉伸体；10-第五通道；11-气囊；111-进气口；12-释放套；121-环状三角；122-圆环；13-第一固定件；131-外部三角环；14-卡环；141-棘刺；15-气囊孔；16-密封圈；17-第二固定件；18-气囊槽；20-梭阀模块；21-阀腔；22-阀芯；23-第一通道；24-第二通道；30-第三通道；31-第四通道；32-无杆腔进气口；33-气囊进气口。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1至图4所示，本发明所述的摩擦再生可控的无摩擦气缸，包括无摩擦气缸、气囊11和梭阀模块20，其中无摩擦气缸为专利申请号201711223571.1上公开的一种通用的双作用气浮无摩擦气缸，所述无摩擦气缸通过中空的活塞杆3对活塞5供气，高压气体经节流孔作用在缸筒6内壁上再经活塞5两端排气通道，如图2所示排至大气，依靠气浮原理使得活塞5与缸筒6内壁之间为无摩擦接触，配合前端盖1处的空气轴承2，实现活塞杆3和活塞5的往复无摩擦运动。

气缸活塞5无杆侧设有凹孔7，气缸后端盖4上设有拉伸体8，且所述拉伸体8位于所述凹孔7内，所述拉伸体8与凹孔7间隙配合；所述拉伸体8上设有气囊槽18，所述气囊槽18内放置所述气囊11，所述气囊11通过梭阀模块20充气或者放气，使所述气囊11与所述凹孔7接触或者非接触。所述梭阀模块20包括阀腔21和阀芯22，所述阀腔21位于后端盖4内部，所述阀腔21通过第五通道10与无杆腔进气口32连通，所述阀腔21通过第二通道24与气囊11连通；所述阀腔21通过第一通道23与气囊进气口33连通；所述阀腔21内设有可移动的阀芯22，通过改变阀芯22的位置，使第一通道23与第二通道24连通或者第五通道10与第二通道24连通。

实施例1，所述拉伸体8表面径向阵列若干气囊槽18，每个所述气囊槽18内均放置所述气囊11，若干所述气囊11均通过梭阀模块20充气或者放气，使所述气囊11与所述凹孔7接触或者非接触。每个所述气囊槽18均通过气囊孔15连通第二通道24，所述气囊11设有进气口111，所述进气口111放置在所述气囊孔15内。所述密封圈16位于气囊孔15内且通过第二固定件17进行固定；第一固定件13通过其外部三角环131安装在气囊孔15卡槽内，在第一固定件13和第二固定件17之间夹有卡环14，第一固定件13用来固定卡环14和释放套12；所述进气口111穿过释放套12、卡环14和密封圈16插入第二通道24，所述释放套12放置在气囊槽18内部，且释放套12与气囊槽18底部保留间隙；所述卡环14内圈设有棘刺141，用于夹持进气口111；所述释放套12一端伸入到卡环14的棘刺141附近，通过减小释放套12与气囊槽18底部的间隙，使棘刺141松开进气口111。

如图5所示，所述密封圈16位于第二固定件17与第二通道24之间；所述密封圈16内圈与进气口111密封配合。当进气口111穿过密封圈16时，密封圈16内圈设有的凸起部分会紧贴在气囊口111周围，依靠第二通道24处的气压推紧力实现密封，能有效地阻止无杆腔和第二通道24之间气体的泄漏。

如图6所示，所示卡环14由第一固定件13和第二固定件17夹持固定，其边缘紧贴第一固定件13。所述卡环14内圈设有棘刺141，用于夹持进气口111；进气口111能够从卡环14一面轻松穿过棘刺141，但是反向拔出时，棘刺141将紧紧卡着进气口111，使得气囊11得到固定。

如图7所示，所述第一固定件13通过外部三角环131卡在气囊孔15卡槽内得到固定，第一固定件13内有阶梯孔，用于放置释放套12。

如图8所示，所述释放套12一端有环状三角121，安装时环状三角会扣在第一固定件13的阶梯孔上，使释放套12得到固定；另一端为圆环122，当需要取出气囊11时，可按压圆环122，此时环状三角121尖端顶住卡环14的棘刺141，棘刺141与进气口111分离，即可取出气囊11。

如图4所示，所述气囊11沿着气囊轴向截面为梯形，所述梯形气囊两边腰的厚度小于所述梯形气囊上顶面厚度或者下底面厚度。这样气囊11充气膨胀时发生膨胀，使得气囊11与凹孔7内壁的接触面积一定，这样通过控制气囊11内外压差即可得到一定范围的摩擦力。

气囊11安装后与活塞5的凹孔7内壁处于非接触状态，工作原理为：在气缸快速接近工件时，无杆腔进气口32和气囊进气口33二者之间存在一定压差，可通过改变压差来调节摩擦力的大小。由于压差范围一定，气囊11膨胀到一定程度后与活塞5的凹孔7内壁接触，从而产生摩擦力。气囊11在其内外压差的作用下发生径向膨胀，压差越大，摩擦力也就越大，即通过控制气囊11的内外压差，可以理论上实现对摩擦力大小的控制，包括摩擦力为零。

在后端盖4上有连通无杆腔进气口32与凹孔7的第三通道30和连通无杆腔进气口32和无杆腔的第四通道31，若没有第四通道31，当气囊11膨胀与凹孔7内壁接触，这样当无杆腔进气口32进气时，活塞5的作用面积仅有凹孔7这一部分面积；由于第四通道31的存在，活塞5的作用面积不会减少。所述第四通道31的作用力不在凹孔7上。

在本发明中，所述气囊11结合梭阀模块20，整体效果如下：

该气缸在快速接近工件过程中，对气囊进气口33和无杆腔进气口32同时供气，气囊进气口33处的气压要大于无杆腔进气口32处的气压，阀芯22在压差的作用下处于阀腔21左极限位置，使第一通道23与第二通道24连通，此时进气口111与气囊进气口33相通，气囊11经气囊进气口33供气膨胀后与活塞5的凹孔7内壁接触，由于压差一定，故产生的摩擦力一定，可通过改变压差使得摩擦力的大小发生改变，这时气缸为有摩擦运动，此时可实现高精度的运动伺服控制；当活塞杆3接触工件时，停止对气囊进气口33供气，气囊进气口33处气压低于无杆腔进气口32处气压，阀球22位于阀腔21右极限位置，第五通道10与第二通道24连通，此时进气口111与无杆腔进气口32相通，由于气囊11内、外压差为零，气囊11由之前的膨胀状态迅速收缩，恢复自然状态后与活塞5的凹孔7内壁分离，气缸实现无摩擦运动，此时便于精确控制气缸输出力的大小。

实施例2，所述气囊槽18为环形，所述气囊11为环状。所述气囊11横截面为梯形，所述梯形气囊两边腰的厚度小于所述梯形气囊上顶面厚度或者下底面厚度。所述气囊槽18内放置所述气囊11，所述气囊11通过梭阀模块20充气或者放气，使所述气囊11与所述凹孔7内壁接触或者非接触。所述气囊槽18均通过气囊孔15连通第二通道24，所述气囊11设有进气口111，所述进气口111放置在所述气囊孔15内。放置在气囊槽18内部的所述释放套12上设有缺口，用于穿过环形的气囊槽18。除此之外，其它组成与连接方式与实施例一相同。

如梭阀模块20内置在后端盖1中是为了在气缸上有更好的集成性，也可将梭阀模块20外置，或者直接使用现有梭阀。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种摩擦再生可控的无摩擦气缸，其特征在于，包括气囊(11)和梭阀模块(20)；气缸活塞(5)无杆侧设有凹孔(7)，气缸后端盖(4)上设有拉伸体(8)，且所述拉伸体(8)位于所述凹孔(7)内，所述拉伸体(8)与凹孔(7)间隙配合；所述拉伸体(8)上设有气囊槽(18)，所述气囊槽(18)内放置所述气囊(11)，所述气囊(11)通过梭阀模块(20)充气或者放气，使所述气囊(11)与所述凹孔(7)接触或者非接触；所述梭阀模块(20)包括阀腔(21)和阀芯(22)，所述阀腔(21)位于后端盖(4)内部，所述阀腔(21)通过第五通道(10)与无杆腔进气口(32)连通，所述阀腔(21)通过第二通道(24)与气囊(11)连通；所述阀腔(21)通过第一通道(23)与气囊进气口(33)连通；所述阀腔(21)内设有可移动的阀芯(22)，通过改变阀芯(22)的位置，使第一通道(23)与第二通道(24)连通或者第五通道(10)与第二通道(24)连通。

2.根据权利要求1所述的摩擦再生可控的无摩擦气缸，其特征在于，所述气囊槽(18)为环形，所述气囊(11)为环状。

3.根据权利要求2所述的摩擦再生可控的无摩擦气缸，其特征在于，所述气囊(11)横截面为梯形，所述梯形气囊两边腰的厚度小于所述梯形气囊上顶面厚度或者下底面厚度。

4.根据权利要求1所述的摩擦再生可控的无摩擦气缸，其特征在于，所述拉伸体(8)表面径向阵列若干气囊槽(18)，每个所述气囊槽(18)内均放置所述气囊(11)，若干所述气囊(11)均通过梭阀模块(20)充气或者放气，使所述气囊(11)与所述凹孔(7)接触或者非接触。

5.根据权利要求4所述的摩擦再生可控的无摩擦气缸，其特征在于，所述气囊(11)沿着气囊轴向截面为梯形，所述梯形气囊两边腰的厚度小于所述梯形气囊上顶面厚度或者下底面厚度。

6.根据权利要求4所述的摩擦再生可控的无摩擦气缸，其特征在于，每个所述气囊槽(18)均通过气囊孔(15)连通第二通道(24)，所述气囊(11)设有进气口(111)，所述进气口(111)放置在所述气囊孔(15)内。

7.根据权利要求6所述的摩擦再生可控的无摩擦气缸，其特征在于，还包括释放套(12)、第一固定件(13)、卡环(14)和第二固定件(17)；所述气囊孔(15)内设有卡槽，所述第一固定件(13)固定安装在卡槽内，所述第一固定件(13)上放置卡环(14)，并通过所述第二固定件(17)压紧卡环(14)；所述释放套(12)内放置所述气囊(11)，所述释放套(12)放置在气囊槽(18)内部，且释放套(12)与气囊槽(18)底部保留间隙；所述进气口(111)穿过释放套(12)、第一固定件(13)、卡环(14)和第二固定件(17)插入第二通道(24)；所述卡环(14)内圈设有棘刺(141)，用于夹持进气口(111)；所述释放套(12)一端伸入到卡环(14)的棘刺(141)附近，通过减小释放套(12)与气囊槽(18)底部的间隙，使棘刺(141)松开进气口(111)。

8.根据权利要求7所述的摩擦再生可控的无摩擦气缸，其特征在于，还包括密封圈(16)；所述密封圈(16)位于第二固定件(17)与第二通道(24)之间；所述密封圈(16)内圈与进气口(111)密封配合。

9.根据权利要求7所述的摩擦再生可控的无摩擦气缸，其特征在于，伸入到卡环(14)内部的所述释放套(12)一端设有环状三角(121)，所述环状三角(121)卡在所述第一固定件(13)内圈的台阶上。

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