CN109538570A - 一种预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，包括第一压电堆和第二压电堆，所述第一压电堆安装在气缸体的前端面上，且所述第一压电堆靠近气缸前端密封圈；所述第二压电堆安装在活塞上，且所述第二压电堆位于活塞密封圈附近；通过对所述第一压电堆和第二压电堆施加电驱动信号，使得气缸处于高频振动状态。所述第一压电堆的振动方向为轴向振动，所述第二压电堆的振动方向为径向振动。位于无杆腔一端的所述活塞设有环形凹槽，若干所述第二压电堆周向均布安装在所述环形凹槽内，用于产生径向振动。本发明解决现有低摩擦气缸中存在加工难度大、结构复杂、集成度低等问题，同时进一步加强减摩效果，提高气缸低速运动性能。
Description
技术领域
本发明涉及气缸技术领域，特别涉及一种预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸。
背景技术
气动系统具有无污染、成本低、系统安全可靠等优点，在电子技术和计算机技术迅猛发展的推动下，气动技术得到越来越广泛的研究和应用。目前，随着气动技术的深入发展，要求气缸应在“无泄漏”或“少泄漏”的前提下，尽量减少摩擦力，使气缸能反映灵敏，运动平稳，并在低速运动中减少爬行现象，为此，低摩擦气缸应运而生。
低摩擦气缸，是指活塞滑动阻力极小的一种气缸。低摩擦气缸作为一种精密的驱动元件与测试元件，有着极其广泛的用途，如用在航天航空、精密机械、电子、医疗、印刷等领域。其主要实现对精密元件的操作、恒张/推力工作、匀速运动的精密控制，也可作为精密测量与控制中的新型感受器或测量元件。目前，常用的降低气缸摩擦力的方法有以下几种：提高气缸加工精度，采用特殊润滑脂或者使用摩擦系数很小的材质等；对活塞密封形式进行改进，如只装有单向密封圈的活塞或者采用间隙密封取代传统的机械密封等；采用膜片式气缸，该气缸活塞与内壁之间有一层彼此连接的隔膜囊，两者之间不产生直接接触，极大地降低了气缸摩擦力。但上述几种方法也存在着加工难度大、加工成本高、结构复杂、密封圈寿命短等缺点。
近来，在现有低摩擦气缸的基础上，对低摩擦气缸的研制取得了新的创新与突破，具体表现为以下两种新型气缸：中国专利提出了一种气浮式无摩擦气缸，该专利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，消除了气缸摩擦力。然而该气缸因采用静压气体润滑技术，在制造过程中，活塞与缸筒内壁之间间距只有几十微米，这对该气缸各部件的加工精度提出了很高要求，提高了气缸的加工成本。还有一种方法是利用超声振动来减小摩擦，如中国专利在气缸前端薄壁部分上下两侧放置压电叠堆，使得气缸体前端薄壁部分发生高频径向振动实现活塞杆和密封圈之间的减摩，然而此方法未实现活塞与缸筒内壁间的减摩，结构复杂，集成化程度低。
发明内容
为解决现有低摩擦气缸中存在的问题，同时进一步加强减摩效果，提高气缸低速运动性能，本发明提供了一种预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，其通过下技术手段实现上述技术目的的：
一种预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，包括第一压电堆和第二压电堆，所述第一压电堆安装在气缸体的前端面上，且所述第一压电堆靠近气缸前端密封圈；所述第二压电堆安装在活塞上，且所述第二压电堆位于活塞密封圈附近；通过对所述第一压电堆和第二压电堆施加电驱动信号，使得气缸处于高频振动状态。
进一步，所述第一压电堆的振动方向为轴向振动，所述第二压电堆的振动方向为径向振动。
进一步，位于无杆腔一端的所述活塞设有环形凹槽，若干所述第二压电堆周向均布安装在所述环形凹槽内，用于产生径向振动。
进一步，所述环形凹槽的内设有可轴向移动的滑块，所述第二压电堆与滑块之间设有楔块，通过滑块轴向移动使楔块预紧所述第二压电堆。
进一步，所述滑块为棱锥台，所述棱锥台锥角与楔块的锥角一致。
进一步，若干所述第一压电堆周向均布安装在气缸体与套筒之间；与套筒连接的所述气缸体一端内壁设有前端密封圈。
进一步，所述前端密封圈位于所述气缸体内壁的密封槽内，所述密封槽为V形槽或半圆槽或梯形槽，用于使得气缸体的前端更易于振动。
进一步，与套筒连接的所述气缸体一端轴向设有细槽，且所述细槽靠近气缸前端密封圈；所述细槽沿所述气缸体周向均布。
进一步，所述细槽的数量与第一压电堆数量相同，且每个所述第一压电堆分布于相邻细槽的之间。
进一步，所述第一压电堆和第二压电堆的驱动频率均为超声波频段。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，通过压电堆使气缸密封圈处于超声振动状态，利用超声减摩原理降低了气缸的摩擦力，改善了气缸低速运动性能。
2.本发明所述的预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，在气缸前端密封圈和活塞密封圈处均设有压电堆，同时对前端密封圈和活塞密封圈进行振动减摩，从而气缸减摩效果更佳。
3.本发明所述的预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，将气缸前端设有V形槽，并对气缸前端面进行切槽处理，进一步提高了振动减摩效应。
附图说明
图1为本发明所述的预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸结构图。
图2为本发明所述的第一压电堆安装的左视图。
图3为本发明所述的气缸体的剖视图。
图4为本发明所述的第二压电堆安装示意图。
图5为本发明所述的活塞三维图。
图中：
1-气缸体；2-套筒；3-第一螺栓；4-第一压电堆；5-活塞杆；6-前端密封圈；7-第二压电堆；8-第二螺栓；9-滑块；10-活塞密封圈；11-活塞；12-后端盖；13-密封槽；14-细槽；15-楔块。
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。
如图1所示，本发明所述的预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，包括第一压电堆4、第二压电堆7、气缸体1、活塞杆5、活塞11、后端盖12、套筒2、第一螺栓3、第二螺栓8、楔块9和滑块15。所述气缸体1一端与套筒2通过第一螺栓3连接，所述气缸体1另一端与后端盖12连接。与套筒2连接的所述气缸体1一侧安装前端密封圈6，所述前端密封圈6用于密封活塞杆5与气缸体1；所述活塞杆5与活塞11连接，所述活塞11上设有活塞密封圈10；所述第一压电堆4安装在气缸体1的前端面上，且所述第一压电堆4靠近气缸前端密封圈6；所述第二压电堆7安装在活塞11上，且所述第二压电堆7位于活塞密封圈10附近；通过对所述第一压电堆4和第二压电堆7施加电驱动信号，使得气缸处于高频振动状态。所述第一压电堆4的振动方向为轴向振动，所述第二压电堆7的振动方向为径向振动。
如图4和图5所示，位于无杆腔一端的所述活塞11设有环形凹槽，若干所述第二压电堆7周向均布安装在所述环形凹槽内，用于产生径向振动。所述环形凹槽的设有可轴向移动的滑块9，所述第二压电堆7与滑块9之间设有楔块15，通过滑块9轴向移动使楔块15预紧所述第二压电堆7。滑块9通过第二螺栓8安装在所述活塞11上，通过第二螺栓8使滑块9轴向移动，从而使楔块15预紧所述第二压电堆7。所述滑块9为棱锥台，所述棱锥台锥角与楔块15的锥角一致。
如图2和图3所示，若干所述第一压电堆4周向均布安装在气缸体1与套筒2之间；与套筒2连接的所述气缸体1一端内壁设有前端密封圈6。所述前端密封圈6位于所述气缸体1内壁的密封槽13内，所述密封槽13为V形槽或半圆槽或梯形槽，用于使得气缸体1的前端更易于振动。与套筒2连接的所述气缸体1一端轴向设有细槽14，且所述细槽14靠近气缸前端密封圈6；所述细槽14沿所述气缸体1周向均布。所述细槽14的数量与第一压电堆4数量相同，且每个所述第一压电堆4分布于相邻细槽14的之间。
在使用螺栓固定连接时，出于对装置一体性的考虑，可采用沉头螺栓；另外，螺栓在长期振动过程中，易出现松动现象，一旦螺栓出现松动，减摩效果会大幅度降低，所以要对螺栓进行防松措施，可采用紧定螺钉限制螺栓松动或者添加弹簧垫圈来进行防松。
如图4、图5所示，为了保证气缸体1的前端和活塞11能够充分振动，所述第一压电堆4、第二压电堆7的数量不少于两个且沿着气缸体1周向均匀分布，在本实施例中第一压电堆4、第二压电堆7的数量为四个；另外，在所述气缸体1前端内密封槽13为V形槽，所述V形槽内设有前端密封圈6，V形槽与传统密封槽相比，更利于前端密封圈6的振动，减摩效果得到进一步提高。
所述第二压电堆7与驱动装置的连接方式为：信号线一端位于第二压电堆7上，另一端可经由活塞11内部后与驱动装置连接。
当对所述第一压电堆4施加电驱动信号，在所述第一压电堆4的轴向振动下前端密封圈6处于振动状态；对所述第二压电堆7施加电驱动信号，在所述第二压电堆7的径向振动下活塞密封圈10处于振动状态；这里所述第一压电堆4的驱动频率为超声波频段，具体是去掉活塞11及活塞杆组件后整个装置的谐振频率；所述第二压电堆7的驱动频率为超声波频段，具体是所述活塞11及活塞杆组件的谐振频率。
本发明整体工作原理：对所述第一压电堆4、第二压电堆7提施加电驱动信号，这里交流电信号的波形可以为正弦波交流电信号、方波形交流电信号或者三角波形交流电信号等等。对第一压电堆4、第二压电堆7施加电信号后，此时所述前端密封圈6和活塞密封圈10在压电堆的作用下处于高频振动状态，利用高频振动的减摩效应，减小摩擦副间动静摩擦系数的差值，进而削弱气缸低速运行时动静摩擦力的转换，从而改善了气缸低速运动性能。
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 (10)
1.一种预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，其特征在于，包括第一压电堆(4)和第二压电堆(7)，所述第一压电堆(4)安装在气缸体1的前端面上，且所述第一压电堆(4)靠近气缸前端密封圈(6)；所述第二压电堆(7)安装在活塞(11)上，且所述第二压电堆(7)位于活塞密封圈(10)附近；通过对所述第一压电堆(4)和第二压电堆(7)施加电驱动信号，使得气缸处于高频振动状态。
2.根据权利要求1所述的预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，其特征在于，所述第一压电堆(4)的振动方向为轴向振动，所述第二压电堆(7)的振动方向为径向振动。
3.根据权利要求1或2所述的预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，其特征在于，位于无杆腔一端的所述活塞(11)设有环形凹槽，若干所述第二压电堆(7)周向均布安装在所述环形凹槽内，用于产生径向振动。
4.根据权利要求3所述的预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，其特征在于，所述环形凹槽的内设有可轴向移动的滑块(9)，所述第二压电堆(7)与滑块(9)之间设有楔块(15)，通过滑块(9)轴向移动使楔块(15)预紧所述第二压电堆(7)。
5.根据权利要求4所述的预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，其特征在于，所述滑块(9)为棱锥台，所述棱锥台锥角与楔块(15)的锥角一致。
6.根据权利要求1所述的预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，其特征在于，若干所述第一压电堆(4)周向均布安装在气缸体(1)与套筒(2)之间；与套筒(2)连接的所述气缸体(1)一端内壁设有前端密封圈(6)。
7.根据权利要求6所述的预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，其特征在于，所述前端密封圈(6)位于所述气缸体(1)内壁的密封槽(13)内，所述密封槽(13)为V形槽或半圆槽或梯形槽，用于使得气缸体(1)的前端更易于振动。
8.根据权利要求6所述的预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，其特征在于，与套筒(2)连接的所述气缸体(1)一端轴向设有细槽(14)，且所述细槽(14)靠近气缸前端密封圈(6)；所述细槽(14)沿所述气缸体(1)周向均布。
9.根据权利要求8所述的预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，其特征在于，所述细槽(14)的数量与第一压电堆(4)数量相同，且每个所述第一压电堆(4)分布于相邻细槽(14)的之间。
10.根据权利要求2所述的预紧式压电堆致密封圈振动的低摩擦气缸，其特征在于，所述第一压电堆(4)和第二压电堆(7)的驱动频率均为超声波频段。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190329 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |