CN202056133U - 一种带有气浮轴承的无摩擦气缸 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有气浮轴承的无摩擦气缸，该无摩擦气缸包括一个与活塞杆相配的气浮轴承和一个根据气浮原理设计的活塞，这两部分可以实现气缸移动部分和固定部分的无摩擦支撑，即在接触面形成高压气膜以隔离相互支撑的两个面。该无摩擦气缸通过中空的活塞杆以及软管为气缸内部的活塞的供气，并且应用了球铰连接使得该无摩擦气缸能够承受一定的径向负载而不发生活塞卡死在气缸筒内；本实用新型大大降低了气缸的摩擦力，能实现较大行程，无需润滑和密封，能够承受一定范围内的径向力，结构简单，维护方便。

Description

一种带有气浮轴承的无摩擦气缸

技术领域

本实用新型涉及一种气缸，尤其涉及一种带有气浮轴承的无摩擦气缸。

背景技术

气缸的摩擦力产生于接触摩擦，具体为橡胶密封圈与气缸筒之间的摩擦以及活塞杆与防尘圈之间的摩擦。

为了减小摩擦力，一种周知的方法是通过提高气缸的加工精度、采用特殊润滑脂以及使用摩擦系数小的材料来减小气缸的摩擦力。这种传统的低摩气缸是在普通气缸的基础上通过提高接触表面的光滑度、改善润滑条件来降低摩擦力。这种传统的方法在一定程度上减小了气缸的摩擦力，但存在加工困难、成本高、维护困难且寿命短的缺陷。

另外一种周知的方法采用了间隙密封和滚珠导向套等新技术。这种新型低摩擦气缸通过采用间隙密封大大降低了活塞杆与端盖之间的摩擦力，活塞与缸筒之间还应用了滚珠导向套，利用滚珠支撑也有效地降低了摩擦力。该新型低摩擦缸在匀速性、高低压摩擦、高速以及高频方面都有所突破，然而也同样存在一些缺陷，比如对径向负载敏感，结构复杂、加工制造难度大，价格昂贵。

还有一种周知的膜片式低摩擦气缸。这种是一种采用隔膜囊作密封的执行器，不漏气无需润滑，摩擦力也小。活塞和气缸内壁之间有一层彼此连接的隔膜囊，两者之间不产生直接接触，且活塞杆前端采用直线滚珠轴承，极大地降低了气缸的摩擦力。虽然这种气缸有许多优势，但是由于膜片结构的限制，其气缸行程一般不是很大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种带有气浮轴承的无摩擦气缸，该无摩擦气缸不仅解决了现有低摩擦气缸所具有的结构复杂、加工维护困难、径向负载敏感等缺陷，而且还具有大行程、超低摩擦力的特点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带有气浮轴承的无摩擦气缸，该气缸带有一个活塞和一个内部带有气流通道的活塞杆，二者通过一个带有球铰结构的活塞接头相连，活塞与气缸筒之间存在一定的间隙，可将压缩空气经节流孔提供给所述间隙，其特征在于，所述活塞杆的前端由气浮轴承支撑，后端通过活塞连接头与活塞相连。

进一步地，所述活塞是依据气浮轴承的原理设计的，其内中空，周向分布有节流孔以使活塞内腔中的压缩空气能够流向间隙形成高压气膜以支撑活塞。

进一步地，沿活塞周向分布一定数量的节流孔，并且均匀分布，节流孔的末端设有均压腔。

进一步地，沿活塞周向分布的节流孔在活塞的轴向上有几排，并且对称分布。

进一步地，连接活塞与活塞杆的活塞接头是带有球铰的，以保证活塞与活塞杆可以存在一定的偏心。

进一步地，活塞杆是中空的，其内部的气流通道与活塞内腔通过软管连通。

进一步地，压缩空气从轴承进气口通入，并经过气流通道和软管进入活塞内腔,实现供气。

本实用新型的有益效果是，本实用新型大大降低了气缸的摩擦力，能实现较大行程，无需润滑和密封，能够承受一定范围内的径向力，结构简单，维护方便。

附图说明

图1是根据本实用新型制成的无摩擦气缸的透视图；

图2是气缸可移动部分剖面图；

图3是气浮轴承局部剖面图；

图4是实例1的活塞截面简图；

图5是实例1的活塞气浮原理图；

图6是实例2的活塞截面简图；

图7是实例2的活塞气浮原理图；

图8是活塞杆的截图剖视图；

图中，1、气流通道，2、活塞杆，3、活塞接头，4、活塞，5、间隙，6、节流孔，7、气浮轴承，8、气缸筒，9、软管，10、活塞内腔，11、轴承进气口，12、均压腔，13、气管接头，14、气管接头，15、气缸进气口，16、气缸进气口，17、气浮轴承进气口，18、前端盖，19、后端盖，20、固定部分，21、移动部分，22、连接杆，23、球铰，24、挡板，25、后缓冲头，26、弹性挡圈，27、密封圈，28、缓冲密封圈。

具体实施方式

本实用新型在普通气缸的基础上根据气浮轴承的原理设计气缸的活塞部分，使其与气缸筒内壁一起构成了一个静压气浮轴颈轴承，而在活塞杆与气缸前端盖的接触部分同样用气浮轴承连接，这样就实现了气缸的可动部分与不可动部分的非接触连接，极大的减小了摩擦力。根据气浮轴承的原理设计的气缸活塞是通过分布在活塞周向的节流孔由活塞内部向活塞与气缸筒之间的微小间隙喷射压缩空气，这样该间隙内就形成了一个高压的空气膜使活塞与气缸筒不发生接触。当活塞受到一定的径向力时，例如是一个垂直向下的力，活塞在该力的作用下其轴心会向下偏离气缸筒的中轴线，活塞与气缸筒之间的微小间隙也会发生变化，根据流体力学的知识，该间隙下半部分的压力要高于上半部分的压力从而使活塞受到一个向上的合力，直到这个合力与活塞受到的外力相平衡，活塞的位置趋于稳定。根据这种原理，该气缸就具有了抵抗径向负载的能力。为了避免活塞在受到径向力时卡死在气缸筒中，本实用新型在活塞与活塞杆的连接处使用了球铰连接。球铰的应用允许活塞杆轴心与活塞轴心存在一定的角度，避免了活塞可能卡死在气缸筒中的缺陷。根据气浮轴承的原理设计的活塞，其供气是通过中空的活塞杆并在活塞杆与活塞的连接处又经过软管通入活塞内部。

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型，本实用新型的目的和效果将变得更加明显。

图1示出了该无摩擦气缸的三维透视图，该无摩擦气缸包括固定部分20和移动部分21。其中，固定部分20包括前端盖18、后端盖19、气缸筒8以及固定在前端盖18上的气浮轴承7，而移动部分21则由活塞4、活塞接头3和中空的活塞杆2组成。固定部分20与移动部分21相接触的部分在活塞4和气浮轴承7处，而这两个地方都是利用气浮原理实现支撑的，即相互支撑的两个面不直接接触而是通过一层空气薄膜。

图2和图3分别示出了该无摩擦气缸的移动部分的剖面图，活塞接头3内含一个球铰接头，可以在气缸行程较大的情况下改善由于对中性不良造成的活塞卡死的情况。

活塞4与气缸筒8之间存在一个微小间隙5，压缩气体在活塞内腔10内由节流孔6喷出，并充满整个间隙5，这样在该间隙5内就形成了一个高压气膜，以实现无摩擦支撑。

活塞4通过活塞接头3与中空的活塞杆2连接在一起，而把活塞4上的气管接头13和活塞杆2上的气管接头14用软管9连接起来就形成了一个经过中空活塞杆2的气流通道，通过该气流通道把压缩空气送至活塞内腔10，实现了气浮活塞的供气。

在气缸启动之前要确保轴承进气口11和气浮轴承进气口17已连通气源，气浮轴承开始工作后方可启动气缸。

图1～5所示的一个实例中，活塞4具有两排节流孔12，每排有8个。如上前所述，气缸准备完毕好，先对轴承进气口11和气浮轴承进气口17供气，待气浮轴承7和活塞4正常工作后方可启动气缸。当气缸开始工作时，由于几乎没有摩擦力，行程较大，为了避免高速冲撞损坏气缸，在气缸中还设计了气缓冲结构，通过挡板24和缓冲密封圈28的作用，在活塞临近行程末端的时候可以利用气缓冲结构的小孔节流效应使气缸低压腔的压力迅速上升，减缓活塞前行速度，随着低压腔的气体逐渐从节流小孔中排向出口，活塞到达行程末端，挡板24也与气缸前端盖18接触，活塞4停止运动，至此，气缸就完成了一个行程的运动。

本实用新型所涉及到的气浮活塞4其结构可具有多种变化。图6～7所示的是本实用新型的另一个实例的活塞截面图和剖面图。在该实例中活塞4具有三排节流孔12，每排有12个。

尽管已根据具体的实例对本实用新型进行了详细的介绍，在本实用新型的下述权利要求所限定的范畴内仍存在多种变化和修改。

上述实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种带有气浮轴承的无摩擦气缸，该气缸带有一个活塞（4）和一个内部带有气流通道（1）的活塞杆（2），二者通过一个带有球铰结构的活塞接头（3）相连，活塞（4）与气缸筒（8）之间存在间隙（5），其特征在于，所述活塞杆（2）的前端由气浮轴承（7）支撑，后端通过活塞连接头（3）与活塞（4）相连。

2.如权利要求1所述的无摩擦气缸，其特征在于，所述活塞（4）中空，周向分布有节流孔（6）。

3.如权利要求2所述的无摩擦气缸，其特征在于，节流孔（6）均匀分布。

4.如权利要求3所述的无摩擦气缸，其特征在于，沿活塞（4）周向分布的节流孔（6）的末端设有均压腔（12）。

5.如权利要求1所述的无摩擦气缸，其特征在于，所述活塞杆（2）中空，其内部的气流通道（1）与活塞内腔（10）通过软管（9）连通。

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