CN116006616A - 一种可变构态的气动弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变构态的气动弹簧，属于气动弹簧技术领域，包括可拆卸连接的上气动腔体和下气动腔体；下气动腔体内设有下活塞杆，下活塞杆上滑动连接有滑动活塞，滑动活塞能够将下气动腔体内分成第一下腔室和第二下腔室，第一下腔室内设有下限位凸环，下气动腔体上设有下充气嘴；上气动腔体内设有与下活塞杆可拆卸连接的上活塞杆，上活塞杆的一端设有可推动滑动活塞移动的推动部，另一端设有能够将上气动腔体内分成第一上腔室和第二上腔室的固定活塞，固定活塞上设有通气孔，上气动腔体上设有上充气嘴，第二上腔室内设有上限位凸环。本可变构态的气动弹簧可根据需求进行形体的重构，可在单作用气动弹簧和双作用气动弹簧之间进行自由切换。

Description

一种可变构态的气动弹簧

技术领域

本发明涉及气动弹簧技术领域，特别是涉及一种可变构态的气动弹簧。

背景技术

气动弹簧，优秀的机械弹簧代替品，以其出色的柔力支撑与缓冲特性，被广泛应用于汽车引擎盖、航空支架、医疗器械等工业产品设计当中。气动弹簧是一种以高压惰性气体为驱动力的机械装置，按照功能和结构的不同，气动弹簧可分为自由型、自锁型、随意停型、牵引型以及阻尼器等几大类。其中只有自由型气弹簧可以在不借助控制阀的外接作用下能自动回正。目前自由型气弹簧分为单作用气弹簧和双作用气动弹簧，单作用气弹簧不管是压缩式，还是拉伸式都只能完成纯拉伸或是纯压缩回正，但对于多数应用场合而言，正反向的位置或姿态变动以及变动后的自动回正，都是不可或缺的基础功能，为此双作用气动弹簧弥补了这一缺点，其在受拉和受压时均能自动回正，如专利号为“202021134295.9”所公开的一种“可调节型的双作用双活塞带弹簧”。但对于一些特殊的应用场合而言，有时既需要单方向的自动回正，有时又需要正反向的自动回正，而上述无论是单作用气弹簧和双作用气动弹簧均无法满足。而如果将双作用气动弹簧整体拆下，更换上单作用气弹簧，或将单作用气弹簧整体拆下，更换上双作用气动弹簧，不仅更换过程较为繁琐，而且多次将气动弹簧从安装构件上拆除，对于安装构件本体上的连接点的使用寿命会造成影响。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种可变构态的气动弹簧，可根据需求进行形体的重构，既具有单作用气动弹簧特性，又可通过便捷的外设机构，重构为双作用气动弹簧，适用于姿态或位置正反向变化，具备姿态或位置自动回正能力，以适应更广泛的场合需求，而且切换时无需将整个气动弹簧拆下，只需拆装下气动弹簧即可实现单作用气动弹簧与双作用气动弹簧的自由切换，不会影响到安装构件本体连接处的使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明公开了一种可变构态的气动弹簧，包括可拆卸连接的上气动腔体和下气动腔体；所述下气动腔体内设有延伸至外界的下活塞杆，所述下活塞杆上滑动连接有滑动活塞，所述滑动活塞在其移动轨迹上能够将所述下气动腔体内部分成靠近和远离所述上气动腔体的第一下腔室和第二下腔室，所述下气动腔体上设有与所述第二下腔室连通的下充气嘴，所述第一下腔室内设有能够与所述滑动活塞端头抵接的下限位凸环；所述上气动腔体内设有穿过所述限位凸环与所述下活塞杆可拆卸连接的上活塞杆，所述上活塞杆与所述下活塞杆连接的一端设有可推动所述滑动活塞移动的推动部，所述上活塞杆远离所述推动部的一端设有固定活塞，所述固定活塞在其移动轨迹上能够将所述上气动腔体内部分成远离和靠近所述下气动腔体的第一上腔室和第二上腔室，所述固定活塞上设有连通所述第一上腔室和所述第二上腔室的通气孔，所述上气动腔体上设有与所述第一上腔室连通的上充气嘴，所述第二上腔室内设有能够与所述固定活塞端头抵接的上限位凸环。

优选地，所述推动部上设有螺纹孔，所述下活塞杆上设有与所述螺纹孔配合的螺纹连接头。

优选地，所述上气动腔体和所述下气动腔体之间设有过渡法兰，所述上气动腔体和所述下气动腔体通过螺栓连接在所述过渡法兰上。

优选地，所述下气动腔体包括两端具有开口的下缸体和用于封闭所述下缸体两端开口的第一密封端板和第二密封端板，所述第一密封端板上设有供所述上活塞杆伸入所述下缸体的第一下活塞孔，所述第二密封端板上设有供所述下活塞杆伸出的第二下活塞孔，所述下充气嘴位于所述下缸体的侧壁上，所述第一密封端板和第二密封端板与所述下缸体螺栓连接。

优选地，所述上气动腔体包括一端开口的上缸体和用于封闭所述上缸体开口的第三密封端板，所述上充气嘴设置在所述下缸体远离所述第三密封端板的一端，所述第三密封端板与所述上缸体螺栓连接，所述第三密封端板上设有供所述上活塞杆伸出的上活塞孔。

优选地，所述过渡法兰的两个法兰面上均周向设有间距设置的定位凸块，且两个所述法兰面上的定位凸块错位对应，所述过渡法兰的法兰螺栓孔位于所述定位凸块上，所述第一密封端板和所述第三密封端板均设有供所述定位凸块插入的定位凹槽。

优选地，所述第一密封端板与所述下缸体之间、所述第二密封端板与所述下缸体之间以及所述第三密封端板与所述上缸体之间均设有第一O型密封圈。

优选地，所述第一密封端板与所述上活塞杆之间、所述第二密封端板与所述下活塞杆之间以及所述第三密封端板与所述上活塞杆之间均设有第二O型密封圈。

优选地，所述第一密封端板与所述上活塞杆的贴合面、所述第二密封端板与所述下活塞杆的贴合面以及所述第三密封端板与所述上活塞杆的贴合面均嵌装有第一导向环。

优选地，所述固定活塞的外表面和所述滑动活塞的外表面均嵌设有第三O型密封圈，所述固定活塞的外表面和所述滑动活塞的外表面均嵌装有第二导向环，所述滑动活塞与所述下活塞杆之间的贴合面上嵌装有第三导向环。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本发明提出了一种可变构态的气动弹簧，上气动腔体与下气动腔体、上活塞杆和下活塞杆均采用分体可拆分设计，在应对不同需求时，无需整体更换，只需将下气动腔体和下活塞杆拆下或装上，即可在单作用气动弹簧和双作用气动弹簧之间进行自由切换；同时本气动弹簧采用了滑动活塞作为下气动腔体的气室隔离元件，并与下活塞杆组合形成完整活塞结构，使活塞杆实现了在外力牵引下的内缩及外伸运动；上气动腔体与下气动腔体均具有单独的充气口，实现了对正方向刚度的自由调定；此外单向作用状态和双向作用状态均采用高压气体作为活塞的源驱动力，相较于传统的双作用状态气动弹簧一端采用高压气体作为活塞的源驱动力，另一端采用弹簧作为活塞的源驱动力，不仅结构紧凑性好、集成度高，同时也拥有了更为理想的刚度调整范围。

2.本发明可变构态的气动弹簧中，上气动腔体与下气动腔体的组装方式采用了利用过渡法兰进行螺栓连接的方式，不仅组装方式简单，实现快速切换，而且因为无需多次将气动弹簧从安装构件上拆除，对于安装构件上的连接点的使用寿命不会造成影响。

3.本发明可变构态的气动弹簧中，过渡法兰的两个法兰面上设有定位凸块，第一密封端板和第三密封端板设有定位凹槽，通过定位凸块和定位凹槽的配合，在确保了在不影响上气动腔体与下气动腔体完整性的基础上，方便了进行构型的自由更替的准确性和便捷性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为可变构态的气动弹簧双作用状态下的爆炸图；

图2为可变构态的气动弹簧双作用状态下的立体结构图；

图3为上气动腔体的剖视图；

图4为下气动腔体的剖视图；

图5为上活塞杆和下活塞杆组装后的立体结构图；

图6为固定活塞的结构图；

图7为过渡法兰的立体结构图；

图8为可变构态的气动弹簧双作用状态下的剖视图；

图9为可变构态的气动弹簧单作用状态下的剖视图。

附图标记说明：1、上气动腔体；2、下气动腔体；3、过渡法兰；4、内六角螺栓；5、缸体螺栓孔；6、十字螺栓；7、定位凹槽；8、第一O型密封圈；9、第二O型密封圈；10、第三O型密封圈；11、第一导向环；12、第二导向环；13、第三导向环；14、第四O型密封圈；101、上活塞杆；102、推动部；103、固定活塞；104、第一上腔室；105、第二上腔室；106、通气孔；107、上充气嘴；108、上限位凸环；109、螺纹孔；110、上缸体；111、第三密封端板；112、上活塞孔；201、下活塞杆；202、滑动活塞；203、第一下腔室；204、第二下腔室；205、下充气嘴；206、下限位凸环；207、螺纹连接头；208、下缸体；209、第一密封端板；210、第二密封端板；211、第一下活塞孔；212、第二下活塞孔；301、法兰螺栓孔；302、定位凸块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种可变构态的气动弹簧，如图1至图9所示，包括可拆卸连接的上气动腔体1和下气动腔体2；

上气动腔体1内设有上活塞杆101，上活塞杆101的一端固定有固定活塞103，固定活塞103在其移动轨迹上能够将上气动腔体1内部分成靠近和远离下气动腔体2的第一上腔室104和第二上腔室105，固定活塞103上设有连通第一上腔室104和第二上腔室105的通气孔106，上活塞杆101一端设有推动部102，推动部102伸出第二上腔室105。上气动腔体1上设有与第二上腔室105连通的上充气嘴107，第二下腔室204内设有上限位凸环108，当通过上充气嘴107向第一上腔室104充气后，随着滑动活塞202移动，上限位凸环108能够与滑动活塞202端头抵接，起到限位作用；

下气动腔体2内设有下活塞杆201，下活塞杆201的一端与上活塞杆101同轴可拆卸的连接，下活塞杆201的另一端伸出下气动腔体2。下活塞杆201上滑动连接有滑动活塞202，滑动活塞202能够被上活塞杆101的推动部102沿其轴线推动，滑动活塞202在其移动轨迹上能够将下气动腔体2内部分成靠近和远离上气动腔体1的第一下腔室203和第二下腔室204。下气动腔体2上设有与第二下腔室204连通的下充气嘴205。第一下腔室203内设有下限位凸环206，当通过下充气嘴205向第二下腔室204充气后，随着滑动活塞202移动，下限位凸环206能够与滑动活塞202端头抵接，起到限位作用。作为优选地，上充气嘴107和下充气嘴205均为单向充气嘴。

可变构态的气动弹簧具有单作用气动弹簧和双作用气动弹簧两种工作状态：

(1)单作用气动弹簧状态(压缩复位)，参考图9所示，此时将下气动腔体2和下活塞杆201全部拆除，仅剩下上气动腔体1和其内部的上活塞杆101，使用前先通过上充气嘴107向第一上腔室104内充气，内部气体压力大于外界大气压力几倍或者几十倍，此时固定活塞103抵接在上限位凸环108上，上活塞杆101达到了最大伸出量，此时处于单作用状态下的可变构态的气动弹簧与自由型气动弹簧相似。

工作原理：当上活塞杆101受压后，固定活塞103朝向第一上腔室104方向移动，此时第一上腔室104的空间减小，第一上腔室104内的气体通过通气孔106进入到空间逐渐增大的第二上腔室105内，当上活塞杆101失去外界施压后，由于活塞作用面积的差异，第二上腔室105内的气体通过通气孔106向第一上腔室104内流动，将固定活塞103向上限位凸环108方向移动，直至再次抵在上限位凸环108上，完成复位。

(2)双作用气动弹簧状态(压缩复位和拉伸复位)，参考图8所示，将上活塞杆101和下活塞杆201、上气动腔体1和下气动腔体2进行组装，组装时通过上充气嘴107初步给第一上腔室104内部加注一定初始压力，需使固定活塞103抵在上限位凸环108上，保证上活塞杆101处于完全伸出状态，且需将滑动活塞202沿下活塞杆201推至固定活塞103的推动部102处，最后通过下充气嘴205向第二下腔室204内充入气体和上充气嘴107向第一上腔室104内充入气体，调定上气动腔体1和下气动腔体2的内部压力，滑动活塞202回推上活塞杆101，需保证滑动活塞202在初始状态下始终紧贴下限位凸环206，与此同时，在第一上腔室104内高压气体的作用下，上活塞杆101上的推动部102与滑动活塞202也紧密贴合，即推动部102与下限位凸环206的端面平齐，均与滑动活塞202的端面贴合。

工作原理：当下活塞杆201受压时，下活塞杆201和上活塞杆101一同回缩(朝向第一上腔室104方向移动)，因为下活塞杆201和滑动活塞202滑动连接，下活塞杆201不会影响滑动活塞202移动，下活塞杆201受到下限位凸环206限位和第二下腔室204内气压双重作用下停留在原始位置，此时与单作用气动弹簧状态时一样，第一上腔室104的空间减小，第一上腔室104内的气体通过通气孔106进入到空间逐渐增大的第二上腔室105内，当下活塞杆201失去外界施压后，第二上腔室105内的气体通过通气孔106向第一上腔室104内流动，将固定活塞103向上限位凸环108方向移动，下活塞杆201和上活塞杆101一同向远离充上充气嘴107方向移动，直至再次抵在上限位凸环108上，完成压缩复位；当下活塞杆201受拉时，下活塞杆201和上活塞杆101一同外伸(远离第一上腔室104方向移动)，与此同时，推动部102推动滑动活塞202一并运动，下活塞杆201与滑动活塞202挤压第二下腔室204内的高压气体，第二下腔室204空间缩小，第二下腔室204内气体压力上升，当作用于下活塞杆201的外载拉力消失后，下活塞杆201、上活塞杆101在第二下腔室204内高压气体的作用下恢复原位，完成拉伸复位。

本实施例中，如图1至图9所示，上活塞杆101的推动部102上设有螺纹孔109，下活塞杆201上设有螺纹连接头207。将螺纹连接头207拧入螺纹孔109内，便可实现上活塞杆101和下活塞杆201的同轴连接。作为优选地，上活塞杆101的直径大于下活塞杆201的直径，上活塞杆101与下活塞杆201之间形成的轴阶处便为推动部102。当然上活塞杆101也可以仅端头直径大于下活塞杆201形成推动部102，上活塞杆101其余杆段直径小于或等于下活塞杆201。

进一步，本实施例中，如图1至图9所示，上气动腔体1和下气动腔体2之间设有过渡法兰3，上气动腔体1和下气动腔体2与过渡法兰上3螺栓连接。

本实施例中，如图1至图9所示，下气动腔体2包括下缸体208和第一密封端板209和第二密封端板210。下缸体208上设有与过渡法兰3进行螺栓连接的缸体螺栓孔5，将内六角螺栓4拧入下气动腔体2的缸体螺栓孔5和过渡法兰3上的法兰螺栓孔301，即可将下气动腔体2和过渡法兰3锁定。下缸体208靠近和远离上气动腔体1的端头均具有开口，第一密封端板209用于封闭下缸体208靠近上气动腔体1的开口，第二密封端板210用于封闭下缸体208远离上气动腔体1的开口。第一密封端板209和第二密封端板210均与下缸体208螺栓连接。具体的第一密封端板209通过内六角螺栓4与下缸体208螺栓连接，第二密封端板210通过十字螺栓6与下缸体208螺栓连接。第一密封端板209上设有供上活塞杆101伸入下缸体208的第一下活塞孔211，第二密封端板210上设有供下活塞杆201伸出的第二下活塞孔212。下充气嘴205位于下缸体208的侧壁上。

下气动腔体2与上气动腔体1连接过程：

首先，先将下活塞杆201和上活塞杆101连接；然后，将第一密封端板209、下缸体208依次穿过下活塞杆201和上活塞杆101；再然后，将第一密封端板209和下缸体208螺栓连接，将下缸体208和过渡法兰3进行螺栓连接，完成气动弹簧外壳的整体组装；再然后，通过上充气嘴107初步给第一上腔室104内部加注一定初始压力，以保证上活塞杆101处于完全伸出状态；再然后，将滑动活塞202从第二下活塞孔212穿入下活塞杆201，并推至推动部102处(上活塞杆101和下活塞杆201的轴阶处)，而后将第二密封端板210通过十字螺栓6与下缸体208固接，完成对下气动腔体2的密封工作；最后，通过下充气嘴205和上充气嘴107调定上气动腔体1和下气动腔体2的内部压力。

本实施例中，如图1至图9所示，上气动腔体1包括上缸体110和第三密封端板111。上缸体110一端开口，上缸体110的开口段设有缸体螺栓孔5，内六角螺栓4依次穿过缸体螺栓孔5和法兰螺栓孔301，即可将上缸体110和过渡法兰3连接。第三密封端板111用于封闭上缸体110的开口，第三密封端板111与上缸体110螺栓连接，具体通过内六角螺栓4将第三密封端板111与上缸体110螺栓连接。第三密封端板111上设有供上活塞杆101伸出的上活塞孔112，上充气嘴107设置在下缸体208远离第三密封端板111的一端，优选地的上充气嘴107设置上缸体110的端面上。

进一步，本实施例中，如图1至图9所示，过渡法兰3的两个法兰面上均周向设有间距设置的定位凸块302，且两个法兰面上的定位凸块302错位对应。过渡法兰3的法兰螺栓孔301位于定位凸块302上，上缸体110和下缸体208分别与两个法兰面上的定位凸块302螺栓连接。第一密封端板209和第三密封端板111均设有供定位凸块302插入的定位凹槽7，定位凸块302插入第一密封端板209的定位凹槽7便可与下缸体208贴合，内六角螺栓4穿过定位凹槽7拧入法兰螺栓孔301，便可将下缸体208和过渡法兰3连接，定位凸块302插入第三密封端板111的定位凹槽7便可与上缸体110贴合，内六角螺栓4穿过定位凹槽7拧入法兰螺栓孔301，便可将上缸体110和过渡法兰3连接。

本实施例中，如图1至图9所示，第一密封端板209与下缸体208之间，第二密封端板210与下缸体208之间、第三密封端板111与上缸体110之间均设有第一O型密封圈8。

进一步，本实施例中，如图1至图9所示，第一密封端板209与上活塞杆101之间、第二密封端板210与下活塞杆201之间、第三密封端板111与上活塞杆101之间均设有第二O型密封圈9。

本实施例中，如图1至图9所示，第一密封端板209与上活塞杆101的贴合面、第二密封端板210与下活塞杆201的贴合面、第三密封端板111与上活塞杆101的贴合面均嵌装有第一导向环11，用于滑动导向。

进一步，本实施例中，如图1至图9所示，固定活塞103和滑动活塞202的外表面上均嵌设有第三O型密封圈10。固定活塞103的外表面和滑动活塞202的外表面均嵌装有第二导向环12。滑动活塞202与下活塞杆201的贴合面上嵌装有第三导向环13和第四O型密封圈14。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种可变构态的气动弹簧，其特征在于，包括可拆卸连接的上气动腔体和下气动腔体；所述下气动腔体内设有延伸至外界的下活塞杆，所述下活塞杆上滑动连接有滑动活塞，所述滑动活塞在其移动轨迹上能够将所述下气动腔体内部分成靠近和远离所述上气动腔体的第一下腔室和第二下腔室，所述下气动腔体上设有与所述第二下腔室连通的下充气嘴，所述第一下腔室内设有能够与所述滑动活塞端头抵接的下限位凸环；所述上气动腔体内设有穿过所述限位凸环与所述下活塞杆可拆卸连接的上活塞杆，所述上活塞杆与所述下活塞杆连接的一端设有可推动所述滑动活塞移动的推动部，所述上活塞杆远离所述推动部的一端设有固定活塞，所述固定活塞在其移动轨迹上能够将所述上气动腔体内部分成远离和靠近所述下气动腔体的第一上腔室和第二上腔室，所述固定活塞上设有连通所述第一上腔室和所述第二上腔室的通气孔，所述上气动腔体上设有与所述第一上腔室连通的上充气嘴，所述第二上腔室内设有能够与所述固定活塞端头抵接的上限位凸环。

2.根据权利要求1所述的一种可变构态的气动弹簧，其特征在于，所述推动部上设有螺纹孔，所述下活塞杆上设有与所述螺纹孔配合的螺纹连接头。

3.根据权利要求2所述的一种可变构态的气动弹簧，其特征在于，所述上气动腔体和所述下气动腔体之间设有过渡法兰，所述上气动腔体和所述下气动腔体通过螺栓连接在所述过渡法兰上。

4.根据权利要求3所述的一种可变构态的气动弹簧，其特征在于，所述下气动腔体包括两端具有开口的下缸体和用于封闭所述下缸体两端开口的第一密封端板和第二密封端板，所述第一密封端板上设有供所述上活塞杆伸入所述下缸体的第一下活塞孔，所述第二密封端板上设有供所述下活塞杆伸出的第二下活塞孔，所述下充气嘴位于所述下缸体的侧壁上，所述第一密封端板和第二密封端板与所述下缸体螺栓连接。

5.根据权利要求4所述的一种可变构态的气动弹簧，其特征在于，所述上气动腔体包括一端开口的上缸体和用于封闭所述上缸体开口的第三密封端板，所述上充气嘴设置在所述下缸体远离所述第三密封端板的一端，所述第三密封端板与所述上缸体螺栓连接，所述第三密封端板上设有供所述上活塞杆伸出的上活塞孔。

6.根据权利要求5所述的一种可变构态的气动弹簧，其特征在于，所述过渡法兰的两个法兰面上均周向设有间距设置的定位凸块，且两个所述法兰面上的定位凸块错位对应，所述过渡法兰的法兰螺栓孔位于所述定位凸块上，所述第一密封端板和所述第三密封端板均设有供所述定位凸块插入的定位凹槽。

7.根据权利要求6所述的一种可变构态的气动弹簧，其特征在于，所述第一密封端板与所述下缸体之间、所述第二密封端板与所述下缸体之间以及所述第三密封端板与所述上缸体之间均设有第一O型密封圈。

8.根据权利要求7所述的一种可变构态的气动弹簧，其特征在于，所述第一密封端板与所述上活塞杆之间、所述第二密封端板与所述下活塞杆之间以及所述第三密封端板与所述上活塞杆之间均设有第二O型密封圈。

9.根据权利要求8所述的一种可变构态的气动弹簧，其特征在于，所述第一密封端板与所述上活塞杆的贴合面、所述第二密封端板与所述下活塞杆的贴合面以及所述第三密封端板与所述上活塞杆的贴合面均嵌装有第一导向环。

10.根据权利要求9所述的一种可变构态的气动弹簧，其特征在于，所述固定活塞的外表面和所述滑动活塞的外表面均嵌设有第三O型密封圈，所述固定活塞的外表面和所述滑动活塞的外表面均嵌装有第二导向环，所述滑动活塞与所述下活塞杆之间的贴合面上嵌装有第三导向环。

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