CN109578368A - 一种预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸 - Google Patents

一种预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，包括缸筒和活塞杆，还包括套筒，所述活塞杆穿过套筒与活塞连接；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，用于实现套筒高频周向振动。所述套筒包括筒身、支撑柱和法兰；所述筒身与法兰之间通过若干均布的支撑柱连接；所述法兰与活塞连接，所述活塞杆穿过筒身和法兰与活塞连接；所述支撑柱上安装压电堆。若干所述压电堆安装座均布安装在法兰上，且若干所述压电堆安装座与若干支撑柱一一对应；本发明在超声谐振状态下能有效降低套筒与前端盖摩擦副之间的摩擦力，本发明具有结构简单、使用寿命长、出力大、适用性强、振动小、无污染等优点。

Description

一种预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸
技术领域
本发明涉及低摩擦气缸技术领域，特别涉及一种预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸。
背景技术
现代工业生产中，气动系统作为现代化的常用系统得到了广泛的应用。在气动系统中，气缸是常用的执行元件，其低速运动性能受摩擦力的影响会出现低速爬行现象。目前针对减少或者消除这种现象出现的研究大致有以下几种，分别如下：
1.在控制信号上叠加震颤信号，以补偿气缸的摩擦力，但这种方式会带来不必要的振动和噪音；
2.利用气浮原理在气缸的摩擦副之间引入一层气膜，虽然可以非常有效地改善低速爬行现象，但是加工精度要求较高；
3.在低速性能要求较高的场合，常使用气液联动伺服系统，增加系统的阻尼可以改善低速爬行现象，但往往会使整个系统体积较大且易出现油液污染现象；
4.利用超声振动减小摩擦力的原理，在气缸缸筒贴压电片或者在缸筒外设置压电堆，通过压电堆的振动带动套筒做高频振动以减小摩擦力，例如中国专利使套筒振动，所以需要压电堆提供较大的输出力，而且另一中国专利中需要将压电片贴在缸筒上，这种方式会降低产品的可靠性。
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活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，在超声谐振状态下能有效降低套筒与前端盖摩擦副之间的摩擦力。
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活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，包括缸筒和活塞杆，还包括套筒，所述活塞杆穿过套筒与活塞连接；所述套筒与活塞之间均布若干压电堆，通过控制压电堆驱动信号的通断，用于实现套筒高频周向振动。
进一步，所述套筒包括筒身、支撑柱和法兰；所述筒身与法兰之间通过若干均布的支撑柱连接；所述法兰与活塞连接，所述活塞杆穿过筒身和法兰与活塞连接；所述支撑柱上安装压电堆。
进一步，还包括压电堆安装座，若干所述压电堆安装座均布在法兰上，且若干所述压电堆安装座与若干支撑柱一一对应；所述压电堆安装座上放置压电堆，所述压电堆与支撑柱接触。
进一步，所述压电堆安装座与压电堆之间设有预紧装置，用于使压电堆与支撑柱紧密接触。
进一步，所述预紧装置为预紧楔块，所述压电堆安装座上设有与预紧楔块相同的斜面，所述预紧楔块一面与所述压电堆安装座上的斜面接触，所述预紧楔块另一面与压电堆接触，通过螺纹使预紧楔块沿斜面移动，使压电堆与支撑柱紧密接触。
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，所述筒身与活塞杆间隙配合，所述筒身与活塞杆之间至少设有2个密封圈。
进一步，所述筒身与支撑柱连接处直径小于筒身的直径，可以在不增大支撑柱弯曲变形程度的情况下增加套筒筒身的扭振幅度。
进一步，所述支撑柱与法兰连接处增加圆形凹槽，用于优化振动效果。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，通过设置有2个周向均布的压电堆安装座，2个压电堆分别被预紧楔块沿周向压在支撑柱上实现预紧。当压电堆周期性高频的通、断电时支撑柱会产生高频周向扭振，即实现套筒筒身的高频周向扭振。
2.本发明所述的预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，在超声谐振状态下能有效降低套筒与前端盖摩擦副之间的摩擦力，本发明具有结构简单、使用寿命长、出力大、适用性强、振动小、无污染等优点。
附图说明
图1为本发明所述的预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸结构图。
图2为本发明所述的压电堆安装示意图。
图3为本发明所述的预紧楔块安装示意图。
图中：
1-缸筒；2-套筒；2-1-筒身；2-2-支撑柱；2-3-压电堆安装座；2-4-法兰；3-活塞杆；4-活塞；5-压电堆；6-密封圈；7-电源孔；8-预紧楔块；9-紧固螺栓。
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和图2所示，本发明所述的预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，包括缸筒1、活塞杆3和套筒2，所述活塞杆3穿过套筒2与活塞4连接；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，用于实现套筒2高频周向振动。所述套筒2包括筒身2-1、支撑柱2-2、压电堆安装座2-3和法兰2-4；所述筒身2-1与法兰2-4之间通过若干均布的支撑柱2-2连接；所述法兰2-4与活塞4连接，所述活塞杆3穿过筒身2-1和法兰2-4与活塞4连接；所述支撑柱2-2上安装压电堆5。若干所述压电堆安装座2-3均布安装在法兰2-4上，且若干所述压电堆安装座2-3与若干支撑柱2-2一一对应；所述压电堆安装座2-3上固定压电堆5，所述压电堆5与支撑柱2-2接触。当压电堆5同时接通相同的驱动电信号时，压电堆5同时伸长使支撑柱2-2沿周向顺时针或逆时针方向同时发生弯曲变形；当压电堆5同时失电时，支撑柱2-2恢复到原状态位置；周期性高频的通、断驱动电信号实现套筒筒身2-1的高频周向扭振。所述活塞杆3内部设有电源孔7，用于穿入压电堆5的导电线。所述筒身2-1与活塞杆3间隙配合，所述筒身2-1与活塞杆3之间至少设有2个密封圈6。所述筒身2-1与支撑柱2-2连接处直径小于筒身2-1的直径，可以在不增大支撑柱弯曲变形程度的情况下增加套筒筒身的扭振幅度。所述支撑柱2-2与法兰2-4连接处增加圆形凹槽，用于优化振动效果。
如图3所示，所述压电堆安装座2-3与压电堆5之间设有预紧装置，用于将压电堆5压紧在支撑柱2-2上。所述预紧装置为预紧楔块8，所述压电堆安装座2-3上设有与预紧楔块8相同的斜面，所述预紧楔块8一面与所述压电堆安装座2-3上的斜面接触，所述预紧楔块8另一面与压电堆5接触，通过紧固螺栓9使预紧楔块8沿斜面移动，使压电堆压紧在支撑柱2-2上。
图1为具体实施例，套筒2中部靠近法兰2-4处设置有2个周向均匀布置的支撑柱2-2，支撑柱2-2旁同样设置有2个周向均布的压电堆安装座2-3，2个压电堆5分别被2个压电堆安装座2-3上的预紧楔块8沿周向顺时针或逆时针压在支撑柱2-2上实现预紧。当压电堆5同时接通相同的驱动电信号时，压电堆5同时伸长使支撑柱2-2沿周向顺时针或逆时针方向同时发生弯曲变形；当压电堆5同时失电时，支撑柱2-2恢复到原状态位置；周期性高频的通、断驱动电信号实现套筒筒身2-1的高频周向扭振。
工作原理：压电堆5在工作时，通过挤压支撑柱2-2的端部侧面使支撑柱发生弯曲变形，弯曲变形后的支撑柱2-2带动套筒筒身2-1做周向转动，当压电堆高频振动时套筒2则会发生高频扭动，利用高频振动减摩效应可以减小套筒2与前端盖密封圈4之间的摩擦力，从而减少气缸的低速爬行现象的发生，改善气缸低速运动性能。
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 (9)

1.一种预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，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)穿过套筒(2)与活塞(4)连接；所述套筒(2)与活塞(4)之间均布若干压电堆(5)，通过控制压电堆(5)驱动信号的通断，用于实现套筒(2)高频周向振动。
2.根据权利要求1所述的预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，其特征在于，所述套筒(2)包括筒身(2-1)、支撑柱(2-2)和法兰(2-4)；所述筒身(2-1)与法兰(2-4)之间通过若干均布的支撑柱(2-2)连接；所述法兰(2-4)与活塞(4)连接，所述活塞杆(3)穿过筒身(2-1)和法兰(2-4)与活塞(4)连接；所述支撑柱(2-2)上安装压电堆(5)。
3.根据权利要求2所述的预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，其特征在于，还包括压电堆安装座(2-3)，若干所述压电堆安装座(2-3)均布安装在法兰(2-4)上，且若干所述压电堆安装座(2-3)与若干支撑柱(2-2)一一对应；所述压电堆安装座(2-3)上固定压电堆(5)，所述压电堆(5)与支撑柱(2-2)接触。
4.根据权利要求3所述的预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，其特征在于，所述压电堆安装座(2-3)与压电堆(5)之间设有预紧装置，用于使所述压电堆(5)压紧在支撑柱(2-2)上。
5.根据权利要求4所述的预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，其特征在于，所述预紧装置为预紧楔块(8)，所述压电堆安装座(2-3)上设有与预紧楔块(8)相同的斜面，所述预紧楔块(8)一面与所述压电堆安装座(2-3)上的斜面接触，所述预紧楔块(8)另一面与压电堆(5)接触，通过螺纹使预紧楔块(8)沿斜面移动，使所述压电堆(5)压紧在支撑柱(2-2)上。
6.根据权利要求1所述的预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，其特征在于，所述活塞杆(3)内部设有电源孔(7)，用于穿入压电堆(5)的导电线。
7.根据权利要求2所述的预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，其特征在于，所述筒身(2-1)与活塞杆(3)间隙配合，所述筒身(2-1)与活塞杆(3)之间至少设有2个密封圈(6)。
8.根据权利要求2所述的预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，其特征在于，所述筒身(2-1)与支撑柱(2-2)连接处直径小于筒身(2-1)的直径。
9.根据权利要求2所述的预紧式压电堆致活塞杆套筒高频扭振的低摩擦气缸，其特征在于，所述支撑柱(2-2)与法兰(2-4)连接处增加圆形凹槽，用于优化振动效果。
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