CN111022424A - 一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸 - Google Patents

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徐毓鸿
周建文
杨伟雄
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Abstract

一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，以解决当前单作用气缸定位精度低的问题。本发明由超声减摩机构、前端盖、缸筒、后端盖、活塞连接机构、活塞机构、运动解耦机构和复位弹簧组成。本发明主要是针对气动设备类单作用气缸定位，通过超声减摩机构中的压电片产生的超声振动减摩效应及螺纹自锁连接，不仅解决了传统单作用气缸无法定位或定位精度低的技术问题，而且可有效提升活塞杆在运动过程中的轴向精确度，大幅度提高单作用气缸运行的稳定性，提升单作用气缸的使用寿命。本发明具有定位精度高、工作稳定性好、使用寿命长等优点，在半导体加工、自动化控制、机器人驱动等技术领域中具有突出的推广价值和广阔的市场前景。

Description

一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸
技术领域
本发明涉及一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，属于气缸应用技术领域。
背景技术
气缸是引导活塞在缸体内进行直线运动的圆筒形金属机件，空气在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能，气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。
现有单作用气缸在半导体加工、自动化控制等技术领域具有广泛应用意义，其中一种就是用于定位作用，现有单作用定位气缸一般采用测量活塞杆伸缩量的方式以实现气缸定位，但现有测量设备较为简单，使得气缸的伸缩量无法精确的测量，同时气缸伸缩量测量设备长期使用易发生磨损，影响其精确度，并且单作用气缸的伸缩端之间与设备接触在启动气缸时，容易使气缸受损。
针对上述问题，创设一种定位精度高、使用寿命长的单作用气缸很有必要。
发明内容
为解决当前单作用气缸定位精度低、使用寿命短的的问题，本发明公开了一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸。
本发明所采用的技术方案：
为达到上述目的，本发明提供一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，为一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，该超声减摩型单作用定位气缸由超声减摩机构、前端盖、缸筒、后端盖、活塞连接机构、活塞机构、运动解耦机构和复位弹簧组成，所述缸筒两端分别螺纹连接前端盖和后端盖，所述前端盖另一端螺纹连接超声减摩机构，并且超声减摩机构螺纹连接运动解耦机构，所述运动解耦机构另一端与活塞机构贴合，所述活塞连接机构穿过活塞机构，并螺纹连接运动解耦机构，所述复位弹簧两端分别与前端盖和运动解耦机构固定连接。
所述超声减摩机构包括超声螺母、活塞杆Ⅰ、超声螺母安装螺栓和压电片，所述超声螺母与活塞杆Ⅰ螺纹连接，所述超声螺母安装螺栓穿过超声螺母与前端盖螺纹连接，以将超声螺母与前端盖固定连接为一体，所述压电片胶粘贴合于超声螺母外表面；所述超声螺母设有超声螺母内螺纹孔、压电片安装棱面和超声螺母安装沉头孔，所述活塞杆Ⅰ设有活塞杆外螺纹轴、活塞杆安装轴和活塞杆安装螺纹孔，所述超声螺母内螺纹孔与活塞杆外螺纹轴螺纹连接，每个压电片安装棱面上粘贴有一个压电片，所述超声螺母安装沉头孔内穿过超声螺母安装螺栓，所述活塞杆安装轴和活塞杆安装螺纹孔与运动解耦机构安装连接。
所述前端盖设有前端盖通孔、前端盖螺纹孔、前导气孔、前端盖内螺纹孔和弹簧安装槽，所述前端盖通孔内穿过活塞杆Ⅰ，所述前端盖螺纹孔与超声螺母安装螺栓螺纹连接，以将超声螺母与前端盖固定连接为一体，所述前端盖内螺纹孔与缸筒螺纹连接，所述弹簧安装槽与复位弹簧过渡配合。
所述缸筒设有前端盖连接外螺纹轴、缸筒内孔和后端盖连接外螺纹轴，所述前端盖连接外螺纹轴与前端盖内螺纹孔螺纹连接，所述缸筒内孔与活塞机构接触配合，所述后端盖连接外螺纹轴与后端盖螺纹连接。
所述后端盖设有后端盖螺纹孔和后导气孔，所述后端盖螺纹孔与后端盖连接外螺纹轴螺纹连接。
所述活塞连接机构设有连接螺纹轴和连接限位面，所述连接螺纹轴穿过活塞机构与运动解耦机构螺纹连接，所述连接限位面与活塞机构贴合。
所述活塞机构包括活塞、密封垫圈和活塞密封圈，所述活塞设有活塞外轴、活塞端面Ⅰ、活塞密封圈安装槽和活塞端面Ⅱ，所述活塞外轴与缸筒内孔相接触，所述活塞端面Ⅰ与密封垫圈贴合，所述活塞密封圈安装槽内置有活塞密封圈，所述活塞端面Ⅱ与运动解耦机构相贴合。
所述运动解耦机构包括滑动轴承保持架、活塞连接筒、轴承垫板、滑动垫片、保持架安装螺栓、弹簧固定螺栓、活塞杆连接螺栓和滑动连接架，所述滑动轴承保持架设有滑动轴承保持架安装孔、滑动轴承保持架端面、滑动槽和弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅰ，所述活塞连接筒设有连接筒前端面、活塞连接内螺纹孔、保持架连接螺纹孔和连接筒后端面，所述滑动连接架设有活塞杆连接通孔、活塞杆安装孔、滑动端面和滑动圆台，所述轴承垫板和滑动垫片贴合，所述保持架安装螺栓依次穿过滑动轴承保持架安装孔、滑动垫片和轴承垫板，并与保持架连接螺纹孔螺纹连接，所述弹簧固定螺栓与弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅰ螺纹连接，所述活塞杆连接螺栓穿过活塞杆连接通孔，并与活塞杆安装螺纹孔螺纹连接，以将活塞杆Ⅰ和滑动连接架连接固定为一体，所述滑动轴承保持架端面与滑动垫片贴合，所述滑动圆台置于滑动槽内，使滑动圆台在滑动槽内转动，所述连接筒前端面与轴承垫板贴合，所述活塞连接内螺纹孔与连接螺纹轴螺纹连接，所述连接筒后端面与活塞端面Ⅱ贴合，所述活塞杆安装孔与活塞杆安装轴过渡配合，所述滑动端面与滑动垫片贴合。
或为一种采用球头式运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，所述超声减摩机构包括超声螺母、活塞杆Ⅱ、超声螺母安装螺栓和压电片，所述超声螺母与活塞杆Ⅱ螺纹连接，所述超声螺母安装螺栓穿过超声螺母与前端盖螺纹连接，以将超声螺母与前端盖固定连接为一体，所述压电片胶粘贴合于超声螺母外表面；
所述活塞杆Ⅱ设有活塞杆Ⅱ外螺纹轴和活塞杆球头，所述超声螺母内螺纹孔与活塞杆Ⅱ外螺纹轴螺纹连接，所述活塞杆球头与运动解耦机构安装连接；
所述运动解耦机构包括活塞连接筒、保持架安装螺栓、弹簧固定螺栓和球头保持架，所述球头保持架设有球头槽、弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅱ、球头保持架端面和球头保持架安装孔，所述球头槽内安装活塞杆球头，所述弹簧固定螺栓与弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅱ螺纹连接，所述球头保持架端面与活塞端面Ⅱ贴合，所述保持架安装螺栓穿过球头保持架安装孔，并与保持架连接螺纹孔螺纹连接。
或为一种采用向心球轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，所述超声减摩机构包括超声螺母、活塞杆Ⅲ、超声螺母安装螺栓和压电片，所述超声螺母与活塞杆Ⅲ螺纹连接，所述超声螺母安装螺栓穿过超声螺母与前端盖螺纹连接，所述压电片胶粘贴合于超声螺母外表面；
所述活塞杆Ⅲ设有活塞杆Ⅲ外螺纹轴、活塞杆Ⅲ安装轴和活塞杆Ⅲ安装螺纹孔，所述超声螺母内螺纹孔与活塞杆Ⅲ外螺纹轴螺纹连接，所述活塞杆Ⅲ安装轴和活塞杆Ⅲ安装螺纹孔与运动解耦机构安装连接；
所述运动解耦机构包括深沟球轴承、深沟球轴承安装筒、保持架安装螺栓、弹簧固定螺栓、深沟球轴承保持架、连接螺栓和连接螺栓垫圈，所述深沟球轴承安装筒设有保持架安装螺纹孔、轴承安装槽、安装筒前端面、安装筒后端面和安装筒内螺纹孔，所述深沟球轴承保持架设有深沟球轴承保持架安装孔、深沟球轴承保持架端面和弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅲ，所述保持架安装螺栓穿过深沟球轴承保持架安装孔，并与保持架安装螺纹孔螺纹连接，所述弹簧固定螺栓与弹簧固定螺栓安装螺纹Ⅲ螺纹连接，所述深沟球轴承外圈与轴承安装槽过渡配合，所述深沟球轴承内圈与活塞杆Ⅲ安装轴过渡配合，所述连接螺栓通过连接螺栓垫圈与深沟球轴承内圈贴合，并与活塞杆Ⅲ安装螺纹孔螺纹连接，所述安装筒后端面与活塞端面Ⅱ贴合，所述安装筒内螺纹孔与连接螺纹轴螺纹连接，所述深沟球轴承保持架端面分别与安装筒前端面和深沟球轴承内圈贴合。
本发明的有益效果：
本发明通过超声减摩机构中的压电片产生的超声振动减摩效应及螺纹自锁连接，实现对活塞杆单向运动的精确控制，运行稳定，进一步有效的提升单作用定位气缸的定位精度及使用寿命；并利用活塞杆与超声螺母的螺纹连接，以减小活塞杆在运动过程中的偏转、摇晃，本发明不仅解决了传统单作用气缸无法定位或定位精度低的技术问题，而且可有效提升活塞杆在运动过程中的轴向精确度，大幅度提高单作用气缸运行的稳定性，提升单作用气缸的使用寿命。在半导体加工、自动化控制、机器人驱动等技术领域中具有突出的推广价值和广阔的市场前景。
附图说明
图1是一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的整体结构剖视图；
图2是一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的超声减摩机构剖视图；
图3是一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的超声螺母结构剖视图；
图4是一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的活塞杆Ⅰ结构剖视图；
图5是一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的前端盖结构剖视图；
图6是一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的缸筒结构剖视图；
图7是一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的后端盖结构剖视图；
图8是一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的活塞连接机构结构示意图；
图9是一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的活塞机构剖视图；
图10是一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的活塞结构剖视图；
图11是一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的运动解耦机构剖视图；
图12是一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的滑动轴承保持架结构剖视图；
图13是一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的活塞连接筒结构剖视图；
图14是一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的滑动连接架结构剖视图；
图15是一种采用球头式运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的整体结构剖视图；
图16是一种采用球头式运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的超声减摩机构剖视图；
图17是一种采用球头式运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的活塞杆Ⅱ结构示意图；
图18是一种采用球头式运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的运动解耦机构剖视图；
图19是一种采用球头式运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的球头保持架结构剖视图；
图20是一种采用向心球轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的整体结构剖视图；
图21是一种采用向心球轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的超声减摩机构剖视图；
图22是一种采用向心球轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的活塞杆Ⅲ结构剖视图；
图23是一种采用向心球轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的运动解耦机构剖视图；
图24是一种采用向心球轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的深沟球轴承安装筒结构剖视图；
图25是一种采用向心球轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的深沟球轴承保持架结构剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1~图14说明本实施方式，本实施方式提供了一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的具体实施方式，其具体实施方式表述如下：
所述一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸由超声减摩机构1、前端盖2、缸筒3、后端盖4、活塞连接机构5、活塞机构6、运动解耦机构7和复位弹簧8组成，所述缸筒3两端分别螺纹连接前端盖2和后端盖4，所述前端盖2另一端螺纹连接超声减摩机构1，并且超声减摩机构1螺纹连接运动解耦机构7，所述运动解耦机构7另一端与活塞机构6贴合，所述活塞连接机构5穿过活塞机构6，并螺纹连接运动解耦机构7，所述复位弹簧8两端分别与前端盖2和运动解耦机构7固定连接。
所述超声减摩机构1包括超声螺母1-1、活塞杆Ⅰ1-2、超声螺母安装螺栓1-3和压电片1-4，所述超声螺母1-1与活塞杆Ⅰ1-2螺纹连接，所述超声螺母安装螺栓1-3穿过超声螺母1-1与前端盖2螺纹连接，以将超声螺母1-1与前端盖2固定连接为一体，所述压电片1-4胶粘贴合于超声螺母1-1外表面，所述超声减摩机构1有m个压电片1-4，其中m为2的整数倍，本具体实施方式中m=8。
所述超声螺母1-1设有超声螺母内螺纹孔1-1-1、压电片安装棱面1-1-2和超声螺母安装沉头孔1-1-3，所述活塞杆Ⅰ1-2设有活塞杆外螺纹轴1-2-1、活塞杆安装轴1-2-2和活塞杆安装螺纹孔1-2-3，所述超声螺母内螺纹孔1-1-1与活塞杆外螺纹轴1-2-1螺纹连接，所述超声螺母1-1设有n个压电片安装棱面1-1-2，其中n=m，本具体实施方式中n=8，每个压电片安装棱面1-1-2上粘贴有一个压电片1-4，所述超声螺母安装沉头孔1-1-3内穿过超声螺母安装螺栓1-3，所述活塞杆安装轴1-2-2和活塞杆安装螺纹孔1-2-3与运动解耦机构7安装连接。
所述前端盖2设有前端盖通孔2-1、前端盖螺纹孔2-2、前导气孔2-3、前端盖内螺纹孔2-4和弹簧安装槽2-5，所述前端盖通孔2-1内穿过活塞杆Ⅰ1-2，所述前端盖螺纹孔2-2与超声螺母安装螺栓1-3螺纹连接，以将超声螺母1-1与前端盖2固定连接为一体，所述前导气孔2-3用于输送高压气体，所述前端盖内螺纹孔2-4与缸筒3螺纹连接，所述弹簧安装槽2-5与复位弹簧8过渡配合，用于复位弹簧9的轴向端部固定。
所述缸筒3设有前端盖连接外螺纹轴3-1、缸筒内孔3-2和后端盖连接外螺纹轴3-3，所述前端盖连接外螺纹轴3-1与前端盖内螺纹孔2-4螺纹连接，所述缸筒内孔3-2与活塞机构6接触配合，所述后端盖连接外螺纹轴3-3与后端盖4螺纹连接。
所述后端盖4设有后端盖螺纹孔4-1和后导气孔4-2，所述后端盖螺纹孔4-1与后端盖连接外螺纹轴3-3螺纹连接，所述后导气孔4-2用于输送高压气体。
所述活塞连接机构5设有连接螺纹轴5-1和连接限位面5-2，所述连接螺纹轴5-1穿过活塞机构6与运动解耦机构7螺纹连接，所述连接限位面5-2与活塞机构6贴合。
所述活塞机构6包括活塞6-1、密封垫圈6-2和活塞密封圈6-3，所述活塞6-1设有活塞外轴6-1-1、活塞端面Ⅰ6-1-2、活塞密封圈安装槽6-1-3和活塞端面Ⅱ6-1-4，所述活塞外轴6-1-1与缸筒内孔3-2相接触，所述活塞端面Ⅰ6-1-2与密封垫圈6-2贴合，所述密封垫圈6-2用来保护活塞端面Ⅰ6-1-2不受活塞连接机构5擦伤，分散活塞连接机构5对活塞6-1的压力，所述活塞密封圈安装槽6-1-3内置有活塞密封圈6-3，所述活塞端面Ⅱ6-1-4与运动解耦机构7相贴合。
所述运动解耦机构7包括滑动轴承保持架7-1、活塞连接筒7-2、轴承垫板7-3、滑动垫片7-4、保持架安装螺栓7-5、弹簧固定螺栓7-6、活塞杆连接螺栓7-7和滑动连接架7-8，所述滑动轴承保持架7-1设有滑动轴承保持架安装孔7-1-1、滑动轴承保持架端面7-1-2、滑动槽7-1-3和弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅰ7-1-4，所述活塞连接筒7-2设有连接筒前端面7-2-1、活塞连接内螺纹孔7-2-2、保持架连接螺纹孔7-2-3和连接筒后端面7-2-4，所述滑动连接架7-8设有活塞杆连接通孔7-8-1、活塞杆安装孔7-8-2、滑动端面7-8-3和滑动圆台7-8-4，所述轴承垫板7-3和滑动垫片7-4贴合，所述保持架安装螺栓7-5依次穿过滑动轴承保持架安装孔7-1-1、滑动垫片7-4和轴承垫板7-3，并与保持架连接螺纹孔7-2-3螺纹连接，所述弹簧固定螺栓7-6与弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅰ7-1-4螺纹连接，用于复位弹簧9的轴向端部固定，所述活塞杆连接螺栓7-7穿过活塞杆连接通孔7-8-1，并与活塞杆安装螺纹孔1-2-3螺纹连接，以将活塞杆Ⅰ1-2和滑动连接架7-8连接固定为一体，所述滑动轴承保持架端面7-1-2与滑动垫片7-4贴合，所述滑动圆台7-8-4置于滑动槽7-1-3内，使滑动圆台7-8-4在滑动槽7-1-3内转动，所述连接筒前端面7-2-1与轴承垫板7-3贴合，所述活塞连接内螺纹孔7-2-2与连接螺纹轴5-1螺纹连接，所述连接筒后端面7-2-4与活塞端面Ⅱ6-1-4贴合，所述活塞杆安装孔7-8-2与活塞杆安装轴1-2-2过渡配合，所述滑动端面7-8-3与滑动垫片7-4贴合，使滑动端面7-8-3与滑动垫片7-4在工作过程中产生滑动摩擦。
具体实施方式二：结合图15~19说明本实施方式，本实施方式提供了一种采用球头式运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的具体实施方式，其结构组成、连接方式、定位方法与具体实施方式一相同，区别在于其超声减摩机构1和运动解耦机构7的具体结构组成不同。
所述超声减摩机构1包括超声螺母1-1、活塞杆Ⅱ1-5、超声螺母安装螺栓1-3和压电片1-4，所述超声螺母1-1与活塞杆Ⅱ1-5螺纹连接，所述超声螺母安装螺栓1-3穿过超声螺母1-1与前端盖2螺纹连接，以将超声螺母1-1与前端盖2固定连接为一体，所述压电片1-4胶粘贴合于超声螺母1-1外表面，所述超声减摩机构1有m个压电片1-4，其中m为2的整数倍，本具体实施方式中m=8。
所述活塞杆Ⅱ1-5设有活塞杆Ⅱ外螺纹轴1-5-1和活塞杆球头1-5-2，所述超声螺母内螺纹孔1-1-1与活塞杆Ⅱ外螺纹轴1-5-1螺纹连接，所述活塞杆球头1-5-2与运动解耦机构7安装连接。
所述运动解耦机构7包括活塞连接筒7-2、保持架安装螺栓7-5、弹簧固定螺栓7-6和球头保持架7-9，所述球头保持架7-9设有球头槽7-9-1、弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅱ7-9-2、球头保持架端面7-9-3和球头保持架安装孔7-9-4，所述球头槽7-9-1内安装活塞杆球头1-5-2，使活塞杆球头1-5-2在球头槽7-9-1内任意转动，以实现活塞杆Ⅱ1-5的运动解耦，所述弹簧固定螺栓7-6与弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅱ7-9-2螺纹连接，用于复位弹簧9的轴向端部固定，所述球头保持架端面7-9-3与活塞端面Ⅱ6-1-4贴合，所述保持架安装螺栓7-5穿过球头保持架安装孔7-9-4，并与保持架连接螺纹孔7-2-3螺纹连接，用于将球头保持架7-9和活塞连接筒7-2固定连接为一体。
具体实施方式三：结合图20~25说明本实施方式，本实施方式提供了一种采用向心球轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸的具体实施方式，其结构组成、连接方式、定位方法与具体实施方式一相同，区别在于其超声减摩机构1和运动解耦机构7的具体结构组成不同。
所述超声减摩机构1包括超声螺母1-1、活塞杆Ⅲ1-6、超声螺母安装螺栓1-3和压电片1-4，所述超声螺母1-1与活塞杆Ⅲ1-6螺纹连接，所述超声螺母安装螺栓1-3穿过超声螺母1-1与前端盖2螺纹连接，以将超声螺母1-1与前端盖2固定连接为一体，所述压电片1-4胶粘贴合于超声螺母1-1外表面，所述超声减摩机构1有m个压电片1-4，其中m为2的整数倍，本具体实施方式中m=8。
所述活塞杆Ⅲ1-6设有活塞杆Ⅲ外螺纹轴1-6-1、活塞杆Ⅲ安装轴1-6-2和活塞杆Ⅲ安装螺纹孔1-6-3，所述超声螺母内螺纹孔1-1-1与活塞杆Ⅲ外螺纹轴1-6-1螺纹连接，所述活塞杆Ⅲ安装轴1-6-2和活塞杆Ⅲ安装螺纹孔1-6-3与运动解耦机构7安装连接。
所述运动解耦机构7包括深沟球轴承7-10、深沟球轴承安装筒7-11、保持架安装螺栓7-5、弹簧固定螺栓7-6、深沟球轴承保持架7-12、连接螺栓7-13和连接螺栓垫圈7-14，所述深沟球轴承安装筒7-11设有保持架安装螺纹孔7-11-1、轴承安装槽7-11-2、安装筒前端面7-11-3、安装筒后端面7-11-4和安装筒内螺纹孔7-11-5，所述深沟球轴承保持架7-12设有深沟球轴承保持架安装孔7-12-1、深沟球轴承保持架端面7-12-2和弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅲ7-12-3，所述保持架安装螺栓7-5穿过深沟球轴承保持架安装孔7-12-1，并与保持架安装螺纹孔7-11-1螺纹连接，所述弹簧固定螺栓7-6与弹簧固定螺栓安装螺纹Ⅲ7-12-3螺纹连接，用于复位弹簧9的轴向端部固定，所述深沟球轴承7-10外圈与轴承安装槽7-11-2过渡配合，所述深沟球轴承7-10内圈与活塞杆Ⅲ安装轴1-6-2过渡配合，所述连接螺栓7-13通过连接螺栓垫圈7-14与深沟球轴承7-10内圈贴合，并与活塞杆Ⅲ安装螺纹孔1-6-3螺纹连接，所述安装筒后端面7-11-4与活塞端面Ⅱ6-1-4贴合，所述安装筒内螺纹孔7-11-5与连接螺纹轴5-1螺纹连接，使深沟球轴承安装筒7-11与活塞6-1固定连接为一体，所述深沟球轴承保持架端面7-12-2分别与安装筒前端面7-11-3和深沟球轴承7-10内圈贴合。
工作原理：
工作时，向超声减摩机构通入高频激励电信号，激励电压的输出频率达到超声螺母的最佳共振频率后，基于超声振动的减摩效应，超声螺母的超声螺母内螺纹孔与活塞杆的活塞杆外螺纹轴间的摩擦系数降至临界解锁条件，同时高压气体从后端盖的后导气孔处通入到后容腔内，此时后容腔气体加压膨胀，使活塞两侧产生气压差，活塞受到轴向输出力，从而挤压复位弹簧，推动活塞杆伸出气缸，此时活塞杆具有轴向直线运动及转动两种运动形式，由于运动解耦组件的解耦运动，使得活塞在缸筒内只进行轴向直线运动；当活塞杆到达指定位置时，外接激励电信号及高压气体均同时暂停输入，超声螺母的超声螺母内螺纹孔与活塞杆的活塞杆外螺纹轴间的摩擦系数达到自锁条件，气缸实现自锁，从而使活塞杆实现快速停止运动输出，从而实现单作用气缸的精确定位输出；
当再次向超声减摩机构通入高频激励电信号，使单作用气缸处于减摩状态，同时将后容腔气体从后端盖的后导气孔处排出，此时由于复位弹簧恢复力作用，推动活塞向后运动，使活塞杆回复初始位置，单作用气缸复位。
综上所述，本发明通过超声减摩机构中的压电片产生的超声振动减摩效应及螺纹自锁连接，实现对活塞杆单向运动的精确控制，运行稳定，进一步有效的提升单作用定位气缸的定位精度及使用寿命；并利用活塞杆与超声螺母的螺纹连接，以减小活塞杆在运动过程中的偏转、摇晃。

Claims (10)

1.一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，为一种采用滑动轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，该超声减摩型单作用定位气缸由超声减摩机构（1）、前端盖（2）、缸筒（3）、后端盖（4）、活塞连接机构（5）、活塞机构（6）、运动解耦机构（7）和复位弹簧（8）组成，所述缸筒（3）两端分别螺纹连接前端盖（2）和后端盖（4），所述前端盖（2）另一端螺纹连接超声减摩机构（1），并且超声减摩机构（1）螺纹连接运动解耦机构（7），所述运动解耦机构（7）另一端与活塞机构（6）贴合，所述活塞连接机构（5）穿过活塞机构（6），并螺纹连接运动解耦机构（7），所述复位弹簧（8）两端分别与前端盖（2）和运动解耦机构（7）固定连接。
2.根据权利要求1所述一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，其特征在于，所述超声减摩机构（1）包括超声螺母（1-1）、活塞杆Ⅰ（1-2）、超声螺母安装螺栓（1-3）和压电片（1-4），所述超声螺母（1-1）与活塞杆Ⅰ（1-2）螺纹连接，所述超声螺母安装螺栓（1-3）穿过超声螺母（1-1）与前端盖（2）螺纹连接，以将超声螺母（1-1）与前端盖（2）固定连接为一体，所述压电片（1-4）胶粘贴合于超声螺母（1-1）外表面；所述超声螺母（1-1）设有超声螺母内螺纹孔（1-1-1）、压电片安装棱面（1-1-2）和超声螺母安装沉头孔（1-1-3），所述活塞杆Ⅰ（1-2）设有活塞杆外螺纹轴（1-2-1）、活塞杆安装轴（1-2-2）和活塞杆安装螺纹孔（1-2-3），所述超声螺母内螺纹孔（1-1-1）与活塞杆外螺纹轴（1-2-1）螺纹连接，每个压电片安装棱面（1-1-2）上粘贴有一个压电片（1-4），所述超声螺母安装沉头孔（1-1-3）内穿过超声螺母安装螺栓（1-3），所述活塞杆安装轴（1-2-2）和活塞杆安装螺纹孔（1-2-3）与运动解耦机构（7）安装连接。
3.根据权利要求1所述一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，其特征在于，所述前端盖（2）设有前端盖通孔（2-1）、前端盖螺纹孔（2-2）、前导气孔（2-3）、前端盖内螺纹孔（2-4）和弹簧安装槽（2-5），所述前端盖通孔（2-1）内穿过活塞杆Ⅰ（1-2），所述前端盖螺纹孔（2-2）与超声螺母安装螺栓（1-3）螺纹连接，以将超声螺母（1-1）与前端盖（2）固定连接为一体，所述前端盖内螺纹孔（2-4）与缸筒（3）螺纹连接，所述弹簧安装槽（2-5）与复位弹簧（8）过渡配合。
4.根据权利要求1所述一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，其特征在于，所述缸筒（3）设有前端盖连接外螺纹轴（3-1）、缸筒内孔（3-2）和后端盖连接外螺纹轴（3-3），所述前端盖连接外螺纹轴（3-1）与前端盖内螺纹孔（2-4）螺纹连接，所述缸筒内孔（3-2）与活塞机构（6）接触配合，所述后端盖连接外螺纹轴（3-3）与后端盖（4）螺纹连接。
5.根据权利要求1所述一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，其特征在于，所述后端盖（4）设有后端盖螺纹孔（4-1）和后导气孔（4-2），所述后端盖螺纹孔（4-1）与后端盖连接外螺纹轴（3-3）螺纹连接。
6.根据权利要求1所述一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，其特征在于，所述活塞连接机构（5）设有连接螺纹轴（5-1）和连接限位面（5-2），所述连接螺纹轴（5-1）穿过活塞机构（6）与运动解耦机构（7）螺纹连接，所述连接限位面（5-2）与活塞机构（6）贴合。
7.根据权利要求1所述一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，其特征在于，所述活塞机构（6）包括活塞（6-1）、密封垫圈（6-2）和活塞密封圈（6-3），所述活塞（6-1）设有活塞外轴（6-1-1）、活塞端面Ⅰ（6-1-2）、活塞密封圈安装槽（6-1-3）和活塞端面Ⅱ（6-1-4），所述活塞外轴（6-1-1）与缸筒内孔（3-2）相接触，所述活塞端面Ⅰ（6-1-2）与密封垫圈（6-2）贴合，所述活塞密封圈安装槽（6-1-3）内置有活塞密封圈（6-3），所述活塞端面Ⅱ（6-1-4）与运动解耦机构（7）相贴合。
8.根据权利要求1所述一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，其特征在于，所述运动解耦机构（7）包括滑动轴承保持架（7-1）、活塞连接筒（7-2）、轴承垫板（7-3）、滑动垫片（7-4）、保持架安装螺栓（7-5）、弹簧固定螺栓（7-6）、活塞杆连接螺栓（7-7）和滑动连接架（7-8），所述滑动轴承保持架（7-1）设有滑动轴承保持架安装孔（7-1-1）、滑动轴承保持架端面（7-1-2）、滑动槽（7-1-3）和弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅰ（7-1-4），所述活塞连接筒（7-2）设有连接筒前端面（7-2-1）、活塞连接内螺纹孔（7-2-2）、保持架连接螺纹孔（7-2-3）和连接筒后端面（7-2-4），所述滑动连接架（7-8）设有活塞杆连接通孔（7-8-1）、活塞杆安装孔（7-8-2）、滑动端面（7-8-3）和滑动圆台（7-8-4），所述轴承垫板（7-3）和滑动垫片（7-4）贴合，所述保持架安装螺栓（7-5）依次穿过滑动轴承保持架安装孔（7-1-1）、滑动垫片（7-4）和轴承垫板（7-3），并与保持架连接螺纹孔（7-2-3）螺纹连接，所述弹簧固定螺栓（7-6）与弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅰ（7-1-4）螺纹连接，所述活塞杆连接螺栓（7-7）穿过活塞杆连接通孔（7-8-1），并与活塞杆安装螺纹孔（1-2-3）螺纹连接，以将活塞杆Ⅰ（1-2）和滑动连接架（7-8）连接固定为一体，所述滑动轴承保持架端面（7-1-2）与滑动垫片（7-4）贴合，所述滑动圆台（7-8-4）置于滑动槽（7-1-3）内，使滑动圆台（7-8-4）在滑动槽（7-1-3）内转动，所述连接筒前端面（7-2-1）与轴承垫板（7-3）贴合，所述活塞连接内螺纹孔（7-2-2）与连接螺纹轴（5-1）螺纹连接，所述连接筒后端面（7-2-4）与活塞端面Ⅱ（6-1-4）贴合，所述活塞杆安装孔（7-8-2）与活塞杆安装轴（1-2-2）过渡配合，所述滑动端面（7-8-3）与滑动垫片（7-4）贴合。
9.根据权利要求1所述一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，其特征在于，为一种采用球头式运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，所述超声减摩机构（1）包括超声螺母（1-1）、活塞杆Ⅱ（1-5）、超声螺母安装螺栓（1-3）和压电片（1-4），所述超声螺母（1-1）与活塞杆Ⅱ（1-5）螺纹连接，所述超声螺母安装螺栓（1-3）穿过超声螺母（1-1）与前端盖（2）螺纹连接，以将超声螺母（1-1）与前端盖（2）固定连接为一体，所述压电片（1-4）胶粘贴合于超声螺母（1-1）外表面；所述活塞杆Ⅱ（1-5）设有活塞杆Ⅱ外螺纹轴（1-5-1）和活塞杆球头（1-5-2），所述超声螺母内螺纹孔（1-1-1）与活塞杆Ⅱ外螺纹轴（1-5-1）螺纹连接，所述活塞杆球头（1-5-2）与运动解耦机构（7）安装连接；所述运动解耦机构（7）包括活塞连接筒（7-2）、保持架安装螺栓（7-5）、弹簧固定螺栓（7-6）和球头保持架（7-9），所述球头保持架（7-9）设有球头槽（7-9-1）、弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅱ（7-9-2）、球头保持架端面（7-9-3）和球头保持架安装孔（7-9-4），所述球头槽（7-9-1）内安装活塞杆球头（1-5-2），所述弹簧固定螺栓（7-6）与弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅱ（7-9-2）螺纹连接，所述球头保持架端面（7-9-3）与活塞端面Ⅱ（6-1-4）贴合，所述保持架安装螺栓（7-5）穿过球头保持架安装孔（7-9-4），并与保持架连接螺纹孔（7-2-3）螺纹连接。
10.根据权利要求1所述一种采用运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，其特征在于，为一种采用向心球轴承运动解耦机构的超声减摩型单作用定位气缸，所述超声减摩机构（1）包括超声螺母（1-1）、活塞杆Ⅲ（1-6）、超声螺母安装螺栓（1-3）和压电片（1-4），所述超声螺母（1-1）与活塞杆Ⅲ（1-6）螺纹连接，所述超声螺母安装螺栓（1-3）穿过超声螺母（1-1）与前端盖（2）螺纹连接，所述压电片（1-4）胶粘贴合于超声螺母（1-1）外表面；
所述活塞杆Ⅲ（1-6）设有活塞杆Ⅲ外螺纹轴（1-6-1）、活塞杆Ⅲ安装轴（1-6-2）和活塞杆Ⅲ安装螺纹孔（1-6-3），所述超声螺母内螺纹孔（1-1-1）与活塞杆Ⅲ外螺纹轴（1-6-1）螺纹连接，所述活塞杆Ⅲ安装轴（1-6-2）和活塞杆Ⅲ安装螺纹孔（1-6-3）与运动解耦机构（7）安装连接；所述运动解耦机构（7）包括深沟球轴承（7-10）、深沟球轴承安装筒（7-11）、保持架安装螺栓（7-5）、弹簧固定螺栓（7-6）、深沟球轴承保持架（7-12）、连接螺栓（7-13）和连接螺栓垫圈（7-14），所述深沟球轴承安装筒（7-11）设有保持架安装螺纹孔（7-11-1）、轴承安装槽（7-11-2）、安装筒前端面（7-11-3）、安装筒后端面（7-11-4）和安装筒内螺纹孔（7-11-5），所述深沟球轴承保持架（7-12）设有深沟球轴承保持架安装孔（7-12-1）、深沟球轴承保持架端面（7-12-2）和弹簧固定螺栓安装螺纹孔Ⅲ（7-12-3），所述保持架安装螺栓（7-5）穿过深沟球轴承保持架安装孔（7-12-1），并与保持架安装螺纹孔（7-11-1）螺纹连接，所述弹簧固定螺栓（7-6）与弹簧固定螺栓安装螺纹Ⅲ（7-12-3）螺纹连接，所述深沟球轴承（7-10）外圈与轴承安装槽（7-11-2）过渡配合，所述深沟球轴承（7-10）内圈与活塞杆Ⅲ安装轴（1-6-2）过渡配合，所述连接螺栓（7-13）通过连接螺栓垫圈（7-14）与深沟球轴承（7-10）内圈贴合，并与活塞杆Ⅲ安装螺纹孔（1-6-3）螺纹连接，所述安装筒后端面（7-11-4）与活塞端面Ⅱ（6-1-4）贴合，所述安装筒内螺纹孔（7-11-5）与连接螺纹轴（5-1）螺纹连接，所述深沟球轴承保持架端面（7-12-2）分别与安装筒前端面（7-11-3）和深沟球轴承（7-10）内圈贴合。
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