CN109083883B - 一种摩擦可控的气缸 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种摩擦可控的气缸，包括气囊和梭阀模块；无摩擦气缸前端盖的缸壁设有气囊槽，所述气囊放置在所述气囊槽内，通过梭阀模块对气囊充气或者放气，使所述气囊与所述无摩擦气缸的活塞杆接触或者非接触。所述梭阀模块包括阀腔和阀芯；所述阀腔位于缸壁内部，所述阀腔通过第一通道与有杆腔进气口连通，所述阀腔通过第二通道与气囊连通，所述阀腔通过第三通道与气囊进气口连通；所述气囊进气口位于无摩擦气缸前端盖上；所述阀腔内设有可移动的阀芯，使第一通道与第二通道连通或者第三通道与第二通道连通。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

一种摩擦可控的气缸

技术领域

本发明涉及气缸技术领域，特别涉及一种摩擦可控的气缸。

背景技术

气缸是气动系统中最常用的执行元件，在生产制造领域得到了广泛的应用，一方面，因气体介质的可压缩性，使得传统气缸在高精度的气动伺服控制上变得困难；另一方面，由于气缸中摩擦力的不确定性，使得高精度力的伺服控制难以实现。因此，开发新型的低摩擦气缸乃至无摩擦气缸己经成为气动技术的一个新的发展方向。

专利申请号为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，依靠气浮原理实现了活塞及活塞杆在缸筒中无摩擦的往复运动。但是无摩擦气缸在运动过程中由于缺乏阻尼，无法实现运动的伺服控制，在实际应用中会存在这样的要求：首先气缸快速伸出接近工件，接触工件后再施加作用力。这就要求气缸在接近过程中实现高精度的运动伺服控制，在接触工件后执行高精度的力伺服控制。对于上述要求，传统的气缸和普通的无摩擦气缸是无法同时满足的。

经对现有技术文献的检索发现，目前尚未有相关技术、发明解决这一问题。因此，需要开发一种摩擦可控的气缸以具有实现高精度运动伺服控制和高精度力伺服控制的能力。

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可控的气缸，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。

一种摩擦可控的气缸，包括气囊和梭阀模块；气缸前端盖的缸壁设有气囊槽，所述气囊放置在所述气囊槽内，通过梭阀模块对气囊充气或者放气，使所述气囊与所述气缸的活塞杆接触或者非接触。

进一步，所述梭阀模块位于气缸外部。

进一步，所述梭阀模块位于气缸内部，所述梭阀模块包括阀腔和阀芯；所述阀腔位于缸壁内部，所述阀腔通过第一通道与有杆腔进气口连通，所述阀腔通过第二通道与气囊连通，所述阀腔通过第三通道与气囊进气口连通；所述气囊进气口位于气缸前端盖上；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三通道与第二通道连通。

进一步，所述气囊进气口为阶梯孔，所述阶梯孔内通过隔板分成第一孔和第二孔，所述第一孔与第三通道连通，用于气囊进气；所述第二孔与气囊连通，所述第二孔与第二通道连通。

进一步，所述气囊上设有进气口，所述进气口上端翻边，且安装在第二孔内。

进一步，所述气囊槽为环形，所述气囊为环形，所述气囊截面为圆形或者椭圆或者方形。

进一步，所述气缸前端盖的缸壁内周向均布若干独立的气囊槽，每个所述气囊槽内放置气囊。

进一步，当所述气囊进气口压力大于有杆腔进气口压力，通过阀芯位置的移动，使第三通道与第二通道连通。

进一步，当所述气囊进气口压力小于有杆腔进气口压力，通过阀芯位置的移动，使第一通道与第二通道连通。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的摩擦可控的气缸，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.本发明所述的摩擦可控的气缸，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可控的气缸结构图。

图2为本发明所述的梭阀模块放大图。

图3为本发明实施例一的气囊立体图。

图4为本发明实施例二的气囊立体图。

图中：

1-气缸前端盖；2-空气轴承；3-活塞杆；4-缸筒；5-活塞；6-后端盖；7-有杆腔进气口；8-进气口；9-第二通道；10-第三通道；11-气囊进气口；12-隔板；13-内螺纹紧定螺钉；14-垫圈；15-气囊；16-气囊槽；17-第一通道；18-阀芯；19-阀腔；20-梭阀模块。

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。

实施一：如图1和图2所示，本发明所述的摩擦可控的气缸，包括无摩擦气缸、气囊15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4内壁上再经活塞5及活塞杆3内部排气通道排至大气，在图1活塞5上用虚线表示，该气缸依靠气浮原理使得活塞5与缸筒4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。

无摩擦气缸前端盖1的缸壁设有气囊槽16，所述气囊15放置在所述气囊槽16内，通过梭阀模块20对气囊15充气或者放气，使所述气囊15与所述无摩擦气缸的活塞杆3接触或者非接触。实施例一梭阀模块20内置在前端盖1中是为了更好的集成性，也可将梭阀模块20外置，直接使用现有梭阀。

实施例一所述梭阀模块20包括阀腔19和阀芯18；所述阀腔19位于缸壁内部，所述阀腔19通过第一通道17与有杆腔进气口7连通，所述阀腔19通过第二通道9与气囊15连通，所述阀腔19通过第三通道10与气囊进气口11连通；所述气囊进气口11位于无摩擦气缸前端盖1上；所述阀腔19内设有可移动的阀芯18，通过改变阀芯的位置，使第一通道17与第二通道9连通或者第三通道10与第二通道9连通。所述气囊进气口11为阶梯孔，所述阶梯孔内通过隔板12分成第一孔和第二孔，所述第一孔与第三通道10连通，用于气囊进气；所述第二孔与气囊15连通，所述第二孔与第二通道9连通。

所述气囊进气口11底部第一孔和第二孔上方均设有内螺纹，分别用于放置隔板12和内螺纹紧定螺钉13，在隔板12和内螺纹紧定螺钉13上开有一字槽，便于安装；如图3所示，实施一中，气囊15呈环状，所述气囊15上设有进气口8，所述进气口8上端翻边，在安装气囊15时，由于气囊为弹性材料，进气口8能够穿过第二孔，其翻边部分贴在底部第二孔台阶面上，在进气口8翻边上方有垫圈14，依靠内螺纹紧定螺钉13压紧进气口8翻折部分，使其与底部阶梯孔台阶面紧紧相贴，能有效地阻止有杆腔进气口7和气囊进气口11之间气体泄漏；内螺纹紧定螺钉13中间设有通孔，用于导通所述第二孔与第二通道9。可对垫圈14进行削边处理，其作用是减少内螺纹紧定螺钉13旋紧时底部剪切力对进气口8翻边部分的破环，延长进气口8的使用寿命。

在本实施例中，所述气囊15安装后与活塞杆3处于自然的非接触状态，此工况为气缸的无摩擦状态，由于缺乏摩擦阻尼，仅可实现气缸的输出力控制；对气囊15及有杆腔进行充气，使得有杆腔进气口7和气囊进气口11之间压差一定，这个可通过比例压力阀实现。当气囊15内压力高于有杆腔内压力时，压差会使气囊15膨胀，从而与活塞杆3接触产生摩擦阻尼，以实现气缸的运动伺服控制。即通过控制气囊15的内外压差，使得气缸处于有摩擦状态或无摩擦状态，以实施相对应的控制策略。

具体工作过程如下：

气囊15安装后与活塞杆3处于自然非接触状态，气缸处于无摩擦状态；当气囊进气口11处的气压高于有杆腔进气口7处的气压时，此时阀芯18位于右极限位置堵住右阀腔口，构成了气囊进气口11、第三通道10、阀腔19、第二通道9至气囊15内部的独立气流通道对气囊15内部充气，气囊15膨胀后与活塞杆3接触产生摩擦阻尼，可实行气缸的运动控制，通过控制气囊15内外压差的大小可以实现对摩擦力的控制，从而可以实现高精度的运动伺服控制；当有杆腔进气口7处的气压高于气囊进气口11处的气压时，此时阀芯18位于左极限位置堵住左阀腔口，构成了有杆腔进气口7、第一通道17、阀腔19、第二通道9至气囊15内部的独立气流通道，此时气囊15内、外腔连通压差为零，气囊15不膨胀与活塞杆3处于非接触状态，气缸处于无摩擦状态，可实现气缸输出力的高精度伺服控制。

实施例二，结合图1、图2和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于气囊槽16并非环状，所述气缸前端盖1的缸壁内周向均布若干独立的气囊槽16，每个所述气囊槽16内放置气囊15，其它组成与连接方式与具体实施方式一相同。

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 (7)

1.一种摩擦可控的气缸，其特征在于，包括气囊（15）和梭阀模块（20）；气缸前端盖（1）的缸壁设有气囊槽（16），所述气囊（15）放置在所述气囊槽（16）内，通过梭阀模块（20）对气囊（15）充气或者放气，使所述气囊（15）与所述气缸的活塞杆（3）接触或者非接触；所述梭阀模块（20）位于气缸内部；所述梭阀模块（20）包括阀腔（19）和阀芯（18）；所述阀腔（19）位于缸壁内部，所述阀腔（19）通过第一通道（17）与有杆腔进气口（7）连通，所述阀腔（19）通过第二通道（9）与气囊（15）连通，所述阀腔（19）通过第三通道（10）与气囊进气口（11）连通；所述气囊进气口（11）位于气缸前端盖（1）上；所述阀腔（19）内设有可移动的阀芯（18），通过改变阀芯的位置，使第一通道（17）与第二通道（9）连通或者第三通道（10）与第二通道（9）连通。

2.根据权利要求1所述的摩擦可控的气缸，其特征在于，所述气囊进气口（11）为阶梯孔，所述阶梯孔内通过隔板（12）分成第一孔和第二孔，所述第一孔与第三通道（10）连通，用于气囊进气；所述第二孔与气囊（15）连通，所述第二孔与第二通道（9）连通。

3.根据权利要求2所述的摩擦可控的气缸，其特征在于，所述气囊（15）上设有进气口（8），所述进气口（8）上端翻边，且安装在第二孔内。

4.根据权利要求1-3任一项所述的摩擦可控的气缸，其特征在于，所述气囊槽（16）为环形，所述气囊（15）为环形，所述气囊（15）截面为圆形或者椭圆或者方形。

5.根据权利要求1-3任一项所述的摩擦可控的气缸，其特征在于，所述气缸前端盖（1）的缸壁内周向均布若干独立的气囊槽（16），每个所述气囊槽（16）内放置气囊（15）。

6.根据权利要求1所述的摩擦可控的气缸，其特征在于，当所述气囊进气口（11）压力大于有杆腔进气口（7）压力，通过阀芯位置的移动，使第三通道（10）与第二通道（9）连通。

7.根据权利要求1所述的摩擦可控的气缸，其特征在于，当所述气囊进气口（11）压力小于有杆腔进气口（7）压力，通过阀芯位置的移动，使第一通道（17）与第二通道（9）连通。

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