CN109578367B - 一种预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸 - Google Patents

一种预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸，包括缸筒、活塞杆和套筒，所述活塞杆穿入套筒内，所述套筒和活塞杆同步在缸筒往复运动，所述套筒与活塞之间均布若干压电堆，通过控制压电堆的通断，用于实现多模态振动。位于有杆腔的所述活塞端面设有若干均压电堆安装槽，所述压电堆安装槽内安装压电堆。所述套筒一端设有燕尾结构，具有燕尾结构的所述套筒一端压紧压电堆，且燕尾结构的套筒端面直径覆盖所述压电堆轮廓。所述套筒与活塞杆间隙配合，所述套筒与活塞杆之间的套筒内壁面设有若干连续的凹槽。本发明可以在超声谐振状态下能有效降低套筒与缸筒之间的摩擦力，亦即降低活塞杆与缸筒之间的摩擦力。

Description

一种预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸
技术领域
本发明涉及低摩擦气缸领域，特别涉及一种预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸。
背景技术
气缸作为一种执行元件，在气动系统中广泛使用，在高精度气动控制系统中，气缸的低速爬行问题是影响气缸运动控制精度的主要因素之一，所以尽可能减少气缸的低速爬行将会有效地提高气缸的控制精度。
目前常用于减少气缸低速爬行现象的方法主要包括以下几种：在控制信号上叠加高频震颤信号，用震颤信号对摩擦力进行补偿；利用气浮原理在气缸的摩擦副之间引入一层气膜，可有效降低气缸摩擦副之间的摩擦力；利用气液联控伺服系统，并增加系统的阻尼，以此减少气缸低速爬行现象的出现。但是以上三种方法均存在明显的不足，比如：会带来不必要的振动和噪音；对加工精度要求较高；会导致系统体积较大，而且易造成油液污染等问题。
另外，采用超声振动减摩方法可以一定程度上减弱气缸低速爬行问题，比较有代表性的方案如下：例如中国专利中提出一种压电致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸，在缸筒外圆面上设置多个对称的平面，将压电堆通过粘接、冷焊等方法固定在该平面上，当输入驱动信号时使缸筒做高频弯曲振动来减小摩擦力，从而起到削弱气缸低速爬行现象的作用；例如中国专利提出一种两端预紧式压电堆致缸筒多模态振动的低摩擦特性气缸，在缸筒外对称布置两个支撑脚，支撑脚与压电堆相顶接，支撑脚连接在缸筒上，输入驱动信号时压电堆则会驱动缸筒做弯曲或者纵向高频振动，以此减小摩擦力，减少气缸低速爬行现象的出现。
上述两种方案虽然都可以有效的减少低速爬行现象的出现，但是也有不足之处，例如：需要将压电堆粘接、冷焊或者用化学等其他方法固定在缸筒外壁上，而长时间振动会导致压电堆与缸筒外壁之间出现松动，将会大幅降低产品的可靠性，增加产品维护成本。将压电堆放置在缸筒外的支撑脚处，距离缸筒处密封圈较远，而且使缸筒振动必然需要较大的输出力和输出振幅，因此该方案振动减摩效果仍有待提升。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸，可以在超声谐振状态下能有效降低套筒与缸筒之间的摩擦力，亦即降低活塞杆与缸筒之间的摩擦力。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸，包括缸筒、活塞杆和套筒，所述活塞杆穿入套筒内，所述套筒和活塞杆同步在缸筒内往复运动，所述套筒与活塞之间均布若干压电堆，通过压电堆的驱动信号的通断，用于实现多模态振动。
进一步，位于有杆腔的所述活塞端面设有若干均压电堆安装槽，所述压电堆安装槽内安装压电堆。
进一步，所述套筒一端设有燕尾结构，具有燕尾结构的所述套筒一端压紧压电堆，且燕尾结构的套筒端面直径覆盖所述压电堆的轮廓。
进一步，还包括柔性铰链，所述压电堆与套筒之间设有柔性铰链，可优化振动效果，延长压电堆寿命。
进一步，所述套筒与活塞杆间隙配合，所述套筒与活塞杆之间的套筒内壁面设有若干连续的凹槽，可优化振动效果。
进一步，所述套筒内设有卡槽，所述活塞杆上设有凸肩部分，所述凸肩部分与卡槽配合，用于限制预紧时套筒的周向自由度。
进一步，若干连续的所述凹槽为V形槽或矩形槽或波浪形槽或螺纹形槽的一种或者几种组合。
进一步，所述活塞杆内部设有电源孔，用于穿入压电堆的导电线。
进一步，所述套筒与活塞之间至少均布2个压电堆；当两个压电堆交替通、断电时，整个套筒为弯曲振动模态；当两个压电堆同时通、断电时，整个套筒为纵向振动模态。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸，在超声谐振状态下能有效降低套筒与缸筒之间的摩擦力，亦即降低活塞杆与缸筒之间的摩擦力，本发明具有结构相对简单、加工难度低、使用寿命长、适用性强、无污染，并且可实现多重模态振动的优点。
2.本发明所述的预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸，可以解决气缸低速爬行问题时存在的噪音大、可靠性低的问题。
附图说明
图1为本发明所述的预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸结构图。
图2为本发明所述的预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸另一实施例结构图。
图3为本发明所述的活塞示意图。
图4为本发明所述的套筒一端示意图。
图5为本发明所述的活塞杆一端示意图。
图6为本发明所述的套筒内壁面凹槽示意图。
图中：
1-缸筒；2-套筒；3-活塞杆；4-活塞；5-压电堆；6-密封圈；7-紧固螺母；8-紧固螺钉；9-柔性铰链；10-电源孔；11-压电堆安装槽；12-卡槽；13-凸肩部分。
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套筒多模态振动的低摩擦气缸，包括缸筒1、活塞杆3和套筒2，所述活塞杆3穿入套筒2内，所述套筒2与活塞杆3之间设有至少2个密封圈6，所述套筒2和活塞杆3同步在缸筒1往复运动，所述套筒2与活塞4之间均布若干压电堆5，通过压电堆5的驱动信号的通断，用于实现多模态振动。如图3所示，位于有杆腔的所述活塞4端面设有若干均布的压电堆安装槽11，所述压电堆安装槽11内安装压电堆5。所述活塞杆3内部设有电源孔10，用于穿入压电堆5的导电线。所述套筒2一端与压电堆5接触，所述套筒2另一端通过紧固螺母7锁紧在活塞杆3上，从而通过螺纹连接使套筒2压紧压电堆5为了防止紧固螺母7松动，在紧固螺母7的两侧打孔增加两个紧固螺钉8。
如图2所示，所述套筒2一端设有燕尾结构，具有燕尾结构的所述套筒2一端压紧压电堆5，且燕尾结构的套筒2端面直径大于所述压电堆5。所述压电堆5与套筒2之间设有柔性铰链9，柔性铰链9为H形柔性铰链。
如图2和图6所示，所述套筒2与活塞杆3间隙配合，所述套筒2与活塞杆3之间的套筒2内壁面设有若干连续的凹槽。若干连续的所述凹槽为V形槽或矩形槽或波浪形槽或螺纹形槽的一种或者几种组合。该结构可以减小套筒前部的厚度，优化振动效果。
如图4和图5所示，所述套筒2内设有卡槽12，所述活塞杆3上设有凸肩部分13，所述凸肩部分13与卡槽12配合，用于限制预紧时套筒2的周向自由度。
所述套筒2与活塞4之间至少均布2个压电堆5；当两个压电堆5交替通、断电时，整个套筒2为弯曲振动模态；当两个压电堆5同时通、断电时，整个套筒2为纵向振动模态。工作原理：压电堆5工作时，驱动套筒2做弯曲振动或纵向振动，利用高频振动减摩效应减小套筒2与前端盖密封圈之间的摩擦力，改善气缸的低速运动性能。最终减少气缸的低速爬行现象。在超声谐振状态下能有效降低套筒与缸筒之间的摩擦力，亦即降低活塞杆与缸筒之间的摩擦力，本发明具有结构相对简单、加工难度低、使用寿命长、适用性强、无污染，并且可实现多重模态振动的优点。
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 (8)

1.一种预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸，包括缸筒(1)和活塞杆(3)，其特征在于，还包括套筒(2)，所述活塞杆(3)穿入套筒(2)内，所述套筒(2)和活塞杆(3)同步在缸筒(1)内往复运动，所述套筒(2)与活塞(4)之间均布若干压电堆(5)，通过压电堆(5)的驱动信号的通断，用于实现多模态振动，位于有杆腔的所述活塞(4)端面设有若干均布的压电堆安装槽(11)，所述压电堆安装槽(11)内安装压电堆(5)。
2.根据权利要求1所述的预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸，其特征在于，所述套筒(2)一端设有燕尾结构，具有燕尾结构的所述套筒(2)一端压紧压电堆(5)，且燕尾结构的套筒(2)端面直径覆盖所述压电堆(5)的轮廓。
3.根据权利要求1所述的预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸，其特征在于，还包括柔性铰链(9)，所述压电堆(5)与套筒(2)之间设有柔性铰链(9)。
4.根据权利要求1所述的预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸，其特征在于，所述套筒(2)与活塞杆(3)间隙配合，所述套筒(2)与活塞杆(3)之间的套筒(2)内壁面设有若干连续的凹槽。
5.根据权利要求4所述的预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸，其特征在于，所述套筒(2)内设有卡槽(12)，所述活塞杆(3)上设有凸肩部分(13)，所述凸肩部分(13)与卡槽(12)配合，用于限制预紧时套筒(2)的周向自由度。
6.根据权利要求4所述的预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸，其特征在于，若干连续的所述凹槽为V形槽或矩形槽或波浪形槽或螺纹形槽的一种或者几种组合。
7.根据权利要求1所述的预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸，其特征在于，所述活塞杆(3)内部设有电源孔(10)，用于穿入压电堆(5)的导电线。
8.根据权利要求1-7任一项所述的预紧式压电堆致套筒多模态振动的低摩擦气缸，其特征在于，所述套筒(2)与活塞(4)之间至少均布2个压电堆(5)；当两个压电堆(5)交替通、断电时，整个套筒(2)为弯曲振动模态；当两个压电堆(5)同时通、断电时，整个套筒(2)为纵向振动模态。
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