CN111043101A - 一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸 - Google Patents

一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸 Download PDF

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Abstract

一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸,以解决当前单作用气缸定位精度低的技术问题。本发明由端盖组件Ⅰ、超声减摩螺母组件、缸筒、内支撑柱筒、磁环解耦活塞组件和端盖组件Ⅱ组成,本发明利用旋转式超声波螺母机构的超声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,同时,利用旋转式超声波螺母机构也可实现旋转运动解耦功能,使得功能集成化,结构紧凑化,可有效提升单作用定位气缸的定位精度;并利用活塞杆与旋转式螺母的螺纹连接,以减小活塞杆在运动过程中的偏转、摇晃,具有结构紧凑、定位精度高、使用寿命长等技术优势,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

一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸
技术领域
本发明涉及一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸,属于机械定位机构技术领域。
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、使用寿命短的技术问题,本发明公开了一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸。
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旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸,该单作用锁紧气缸由旋转式超声波螺母机构、前端盖、缸筒、后端盖、活塞杆螺母、活塞机构、活塞杆和复位弹簧,所述缸筒两侧分别与前端盖和后端盖螺纹连接,所述旋转式超声波螺母机构与前端盖螺纹连接,所述活塞机构穿过活塞杆并通过活塞杆螺母与活塞机构的螺纹连接,所述活塞杆与旋转式超声波螺母机构螺纹连接,所述复位弹簧置于前端盖与活塞机构之间。
所述旋转式超声波螺母机构包括旋转式螺母、螺母上限位板、螺母下限位板、滚球Ⅰ、滚球Ⅱ、固定螺栓和压电片,所述旋转式螺母设有螺母外棱面、下滚道Ⅱ、上滚道Ⅰ和螺母内螺纹孔,所述螺母上限位板设有上限位板安装孔、上滚道Ⅱ和上限位板端面,所述螺母下限位板设有下限位板安装孔、下滚道Ⅰ、下限位板前端面和下限位板后端面。
所述滚球Ⅰ置于上滚道Ⅰ和下滚道Ⅰ形成的滚道中,所述滚球Ⅱ置于上滚道Ⅱ和下滚道Ⅱ形成的滚道中,所述固定螺栓分别穿过上限位板安装孔和下限位板安装孔,并与前端盖螺纹连接,所述压电片与螺母外棱面胶粘贴合,所述螺母内螺纹孔与活塞杆螺纹连接,所述上限位板端面与下限位板前端面贴合,所述下限位板后端面与前端盖贴合。
所述前端盖设有前端盖端面、限位板安装螺纹孔、前导气孔、弹簧固定槽和前端盖内螺纹孔,所述前端盖端面与下限位板后端面贴合,所述限位板安装螺纹孔与固定螺栓螺纹连接,所述弹簧固定槽与复位弹簧过渡配合,所述前端盖内螺纹孔与缸筒螺纹配合。
所述缸筒设有缸筒前螺纹轴、缸筒内孔和缸筒后螺纹轴,所述缸筒前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配合安装,所述缸筒后螺纹轴与后端盖螺纹连接。
所述后端盖设有后端盖内螺纹孔和后导气孔,所述后端盖内螺纹孔与缸筒后螺纹轴螺纹连接。
所述活塞机构包括弹簧固定筒、活塞、活塞密封圈、安装垫板、固定筒安装螺栓和弹簧固定螺栓,所述弹簧固定筒设有弹簧固定槽、固定筒前端面、弹簧固定螺纹孔、固定筒后端面和固定筒安装孔,所述活塞设有活塞前端面、活塞螺纹孔、密封圈槽和活塞后端面。
所述活塞密封圈安装在密封圈槽内,并与缸筒内孔过渡配合,所述安装垫板两侧分别与活塞后端面和活塞杆螺母贴合,防止活塞杆螺母和活塞之间受到压力、腐蚀、和管路自然地热胀冷缩泄漏,保证活塞两侧容腔密封性,所述固定筒安装螺栓穿过固定筒安装孔与活塞螺纹孔螺纹连接,所述弹簧固定槽内安装复位弹簧,所述弹簧固定螺栓与弹簧固定螺纹孔螺纹连接并卡住复位弹簧端部,所述固定筒前端面与活塞杆贴合,所述固定筒后端面与活塞前端面贴合。
所述活塞杆设有活塞杆前螺纹轴、活塞杆限位面和活塞杆后螺纹轴,所述活塞杆前螺纹轴与螺母内螺纹孔螺纹连接,所述活塞杆限位面与固定筒前端面贴合,所述活塞杆后螺纹轴与活塞杆螺母螺纹连接。
本发明的有益效果:
本发明利用旋转式超声波螺母机构中的压电片产生的超声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,同时,利用旋转式超声波螺母机构也可实现旋转运动解耦功能,使得功能集成化,结构紧凑化,可有效的提升单作用定位气缸的定位精度,降低加工装配及控制难度,提升气缸使用寿命;并利用活塞杆与旋转式螺母的螺纹连接,以减小活塞杆在运动过程中的偏转、摇晃,本发明利用集成化的旋转式超声波螺母机构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,而且可有效提升气缸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,进而有效提升单作用气缸的使用寿命,具有结构紧凑、定位精度高、使用寿命长等技术优势,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是一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸的整体结构剖视图;
图2是一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸的旋转式超声波螺母机构剖视图;
图3是一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸的旋转式螺母结构剖视图;
图4是一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸的螺母上限位板结构剖视图;
图5是一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸的螺母下限位板结构剖视图;
图6是一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸的前端盖结构剖视图;
图7是一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸的缸筒结构剖视图;
图8是一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸的后端盖结构剖视图;
图9是一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸的活塞机构剖视图;
图10是一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸的弹簧固定筒结构剖视图;
图11是一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸的活塞结构示意图;
图12是一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸的活塞杆结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1~图12说明本实施方式,本实施方式提供了一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸的具体实施方式,其具体实施方式表述如下:
所述一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸由旋转式超声波螺母机构1、前端盖2、缸筒3、后端盖4、活塞杆螺母5、活塞机构6、活塞杆7和复位弹簧8组成;所述缸筒3两侧分别与前端盖2和后端盖4螺纹连接,所述旋转式超声波螺母机构1与前端盖2螺纹连接,所述活塞机构6穿过活塞杆7并通过活塞杆螺母5与活塞机构6的螺纹连接,以将活塞机构6和活塞杆7固定连接为一体,所述活塞杆7与旋转式超声波螺母机构1螺纹连接,所述复位弹簧8置于前端盖2与活塞机构6之间,用于活塞机构6的运动复位。
所述旋转式超声波螺母机构1包括旋转式螺母1-1、螺母上限位板1-2、螺母下限位板1-3、滚球Ⅰ1-4、滚球Ⅱ1-5、固定螺栓1-6和压电片1-7,所述旋转式螺母1-1设有螺母外棱面1-1-1、下滚道Ⅱ1-1-2、上滚道Ⅰ1-1-3和螺母内螺纹孔1-1-4,所述螺母上限位板1-2设有上限位板安装孔1-2-1、上滚道Ⅱ1-2-2和上限位板端面1-2-3,所述螺母下限位板1-3设有下限位板安装孔1-3-1、下滚道Ⅰ1-3-2、下限位板前端面1-3-3和下限位板后端面1-3-4,所述滚球Ⅰ1-4置于上滚道Ⅰ1-1-3和下滚道Ⅰ1-3-2形成的滚道中,所述滚球Ⅱ1-5置于上滚道Ⅱ1-2-2和下滚道Ⅱ1-1-2形成的滚道中,所述固定螺栓1-6分别穿过上限位板安装孔1-2-1和下限位板安装孔1-3-1,并与前端盖2螺纹连接,所述压电片1-7与螺母外棱面1-1-1胶粘贴合,所述螺母内螺纹孔1-1-4与活塞杆7螺纹连接,所述上限位板端面1-2-3与下限位板前端面1-3-3贴合,所述下限位板后端面1-3-4与前端盖2贴合。
所述前端盖2设有前端盖端面2-1、限位板安装螺纹孔2-2、前导气孔2-3、弹簧固定槽2-4和前端盖内螺纹孔2-5,所述前端盖端面2-1与下限位板后端面1-3-4贴合,所述限位板安装螺纹孔2-2与固定螺栓1-6螺纹连接,所述前导气孔2-3用于输送高压气体,所述弹簧固定槽2-4与复位弹簧8过渡配合,用于固定连接复位弹簧8,所述前端盖内螺纹孔2-5与缸筒3螺纹配合,用于固定连接前端盖2与缸筒3。
所述缸筒3设有缸筒前螺纹轴3-1、缸筒内孔3-2和缸筒后螺纹轴3-3,所述缸筒前螺纹轴3-1与前端盖内螺纹孔2-5螺纹连接,用于固定连接前端盖2与缸筒3,所述缸筒内孔3-2与活塞机构6配合安装,用于活塞机构6运动限位,所述缸筒后螺纹轴3-3与后端盖4螺纹连接,用于固定连接后端盖4与缸筒3。
所述后端盖4设有后端盖内螺纹孔4-1和后导气孔4-2,所述后端盖内螺纹孔4-1与缸筒后螺纹轴3-3螺纹连接,用于固定连接后端盖4与缸筒3,所述后导气孔4-2用于输送高压气体。
所述活塞机构6包括弹簧固定筒6-1、活塞6-2、活塞密封圈6-3、安装垫板6-4、固定筒安装螺栓6-5和弹簧固定螺栓6-6,所述弹簧固定筒6-1设有弹簧固定槽6-1-1、固定筒前端面6-1-2、弹簧固定螺纹孔6-1-3、固定筒后端面6-1-4和固定筒安装孔6-1-5,所述活塞6-2设有活塞前端面6-2-1、活塞螺纹孔6-2-2、密封圈槽6-2-3和活塞后端面6-2-4,所述活塞密封圈6-3安装在密封圈槽6-2-3内,并与缸筒内孔3-2过渡配合,用于保证活塞6-2两侧容腔密封性,所述安装垫板6-4两侧分别与活塞后端面6-2-4和活塞杆螺母5贴合,防止活塞杆螺母5和活塞6-2之间受到压力、腐蚀、和管路自然地热胀冷缩泄漏,保证活塞6-2两侧容腔密封性,所述固定筒安装螺栓6-5穿过固定筒安装孔6-1-5与活塞螺纹孔6-2-2螺纹连接,用于固定连接弹簧固定筒6-1和活塞6-2,所述弹簧固定槽6-1-1内安装复位弹簧8,所述弹簧固定螺栓6-6与弹簧固定螺纹孔6-1-3螺纹连接并卡住复位弹簧8端部,用于固定复位弹簧8,所述固定筒前端面6-1-2与活塞杆7贴合,所述固定筒后端面6-1-4与活塞前端面6-2-1贴合。
所述活塞杆7设有活塞杆前螺纹轴7-1、活塞杆限位面7-2和活塞杆后螺纹轴7-3,所述活塞杆前螺纹轴7-1与螺母内螺纹孔1-1-4螺纹连接,所述活塞杆限位面7-2与固定筒前端面6-1-2贴合,所述活塞杆后螺纹轴7-3与活塞杆螺母5螺纹连接。
工作原理:
工作时,向旋转式超声波螺母机构通入高频激励电信号,激励电压的输出频率达到旋转式螺母的最佳共振频率后,基于超声振动的减摩效应,旋转式螺母的螺母内螺纹孔与活塞杆的活塞杆前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,此时由于旋转式超声波螺母机构的旋转解耦运动,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,旋转式螺母的螺母内螺纹孔与活塞杆的活塞杆前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。
当再次向旋转式超声波螺母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,本发明利用旋转式超声波螺母机构中的压电片产生的超声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,同时,利用旋转式超声波螺母机构的旋转解耦运动实现螺纹连接所造成的旋转运动解耦,结构简单,运行稳定,进而有效提升单作用气缸的使用寿命;并利用活塞杆与旋转式螺母的螺纹连接,以减小活塞杆在运动过程中的偏转、摇晃。

Claims (9)

1.一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸,其特征在于,该单作用锁紧气缸由旋转式超声波螺母机构(1)、前端盖(2)、缸筒(3)、后端盖(4)、活塞杆螺母(5)、活塞机构(6)、活塞杆(7)和复位弹簧(8)组成;所述缸筒(3)两侧分别与前端盖(2)、后端盖(4)螺纹连接,所述旋转式超声波螺母机构(1)与前端盖(2)螺纹连接,所述活塞机构(6)穿过活塞杆(7)并通过活塞杆螺母(5)与活塞机构(6)的螺纹连接,所述活塞杆(7)与旋转式超声波螺母机构(1)螺纹连接,所述复位弹簧(8)置于前端盖(2)与活塞机构(6)之间。
2.根据权利要求1所述一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸,其特征在于,所述旋转式超声波螺母机构(1)包括旋转式螺母(1-1)、螺母上限位板(1-2)、螺母下限位板(1-3)、滚球Ⅰ(1-4)、滚球Ⅱ(1-5)、固定螺栓(1-6)和压电片(1-7),所述旋转式螺母(1-1)设有螺母外棱面(1-1-1)、下滚道Ⅱ(1-1-2)、上滚道Ⅰ(1-1-3)和螺母内螺纹孔(1-1-4),所述螺母上限位板(1-2)设有上限位板安装孔(1-2-1)、上滚道Ⅱ(1-2-2)和上限位板端面(1-2-3),所述螺母下限位板(1-3)设有下限位板安装孔(1-3-1)、下滚道Ⅰ(1-3-2)、下限位板前端面(1-3-3)和下限位板后端面(1-3-4)。
3.根据权利要求2所述一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸,其特征在于,所述滚球Ⅰ(1-4)置于上滚道Ⅰ(1-1-3)和下滚道Ⅰ(1-3-2)形成的滚道中,所述滚球Ⅱ(1-5)置于上滚道Ⅱ(1-2-2)和下滚道Ⅱ(1-1-2)形成的滚道中,所述固定螺栓(1-6)分别穿过上限位板安装孔(1-2-1)和下限位板安装孔(1-3-1),并与前端盖(2)螺纹连接,所述压电片(1-7)与螺母外棱面(1-1-1)胶粘贴合,所述螺母内螺纹孔(1-1-4)与活塞杆(7)螺纹连接,所述上限位板端面(1-2-3)与下限位板前端面(1-3-3)贴合,所述下限位板后端面(1-3-4)与前端盖(2)贴合。
4.根据权利要求1所述一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸,其特征在于,所述前端盖(2)设有前端盖端面(2-1)、限位板安装螺纹孔(2-2)、前导气孔(2-3)、弹簧固定槽(2-4)和前端盖内螺纹孔(2-5),所述前端盖端面(2-1)与下限位板后端面(1-3-4)贴合,所述限位板安装螺纹孔(2-2)与固定螺栓(1-6)螺纹连接,所述弹簧固定槽(2-4)与复位弹簧(8)过渡配合,所述前端盖内螺纹孔(2-5)与缸筒(3)螺纹配合。
5.根据权利要求1所述一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸,其特征在于,所述缸筒(3)设有缸筒前螺纹轴(3-1)、缸筒内孔(3-2)和缸筒后螺纹轴(3-3),所述缸筒前螺纹轴(3-1)与前端盖内螺纹孔(2-5)螺纹连接,所述缸筒内孔(3-2)与活塞机构(6)配合安装,所述缸筒后螺纹轴(3-3)与后端盖(4)螺纹连接。
6.根据权利要求1所述一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸,其特征在于,所述后端盖(4)设有后端盖内螺纹孔(4-1)和后导气孔(4-2),所述后端盖内螺纹孔(4-1)与缸筒后螺纹轴(3-3)螺纹连接。
7.根据权利要求1所述一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸,其特征在于,所述活塞机构(6)包括弹簧固定筒(6-1)、活塞(6-2)、活塞密封圈(6-3)、安装垫板(6-4)、固定筒安装螺栓(6-5)和弹簧固定螺栓(6-6),所述弹簧固定筒(6-1)设有弹簧固定槽(6-1-1)、固定筒前端面(6-1-2)、弹簧固定螺纹孔(6-1-3)、固定筒后端面(6-1-4)和固定筒安装孔(6-1-5),所述活塞(6-2)设有活塞前端面(6-2-1)、活塞螺纹孔(6-2-2)、密封圈槽(6-2-3)和活塞后端面(6-2-4)。
8.根据权利要求7所述一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸,其特征在于,所述活塞密封圈(6-3)安装在密封圈槽(6-2-3)内,并与缸筒内孔(3-2)过渡配合,所述安装垫板(6-4)两侧分别与活塞后端面(6-2-4)和活塞杆螺母(5)贴合,防止活塞杆螺母(5)和活塞(6-2)之间受到压力、腐蚀、和管路自然地热胀冷缩泄漏,保证活塞(6-2)两侧容腔密封性,所述固定筒安装螺栓(6-5)穿过固定筒安装孔(6-1-5)与活塞螺纹孔(6-2-2)螺纹连接,所述弹簧固定槽(6-1-1)内安装复位弹簧(8),所述弹簧固定螺栓(6-6)与弹簧固定螺纹孔(6-1-3)螺纹连接并卡住复位弹簧(8)端部,所述固定筒前端面(6-1-2)与活塞杆(7)贴合,所述固定筒后端面(6-1-4)与活塞前端面(6-2-1)贴合。
9.根据权利要求1所述一种采用旋转式超声波螺母解耦型单作用锁紧气缸,其特征在于,所述活塞杆(7)设有活塞杆前螺纹轴(7-1)、活塞杆限位面(7-2)和活塞杆后螺纹轴(7-3),所述活塞杆前螺纹轴(7-1)与螺母内螺纹孔(1-1-4)螺纹连接,所述活塞杆限位面(7-2)与固定筒前端面(6-1-2)贴合,所述活塞杆后螺纹轴(7-3)与活塞杆螺母(5)螺纹连接。
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