CN203560197U - 一种浮动支承油缸 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种浮动支承油缸，包括有缸体、顶出装置和支承夹持装置，其中顶出装置又包括具有活塞通道的底座、位于活塞通道中的顶出活塞、与顶出活塞相固定的顶出杆、套在顶出杆上的回程弹簧以及由顶出杆推动的支承杆；支承夹持装置则包含有位于缸体内的支撑活塞和弹性体，弹性体套在支承杆和支撑活塞之间，且支撑活塞内表面与弹性体的外表面分别设计成相互匹配的内锥面和外锥面，在该内、外锥面之间设有钢球，其特征在于：所述支撑活塞的下端设置有中空的圆柱形凸台，该圆柱形凸台伸入到底座的活塞通道内，顶出杆上端穿过该圆柱形凸台后与支承杆相配合。本实用新型在同样缸径和压力下可明显提高支承力，实现在低压情况下小体积、大支承力的目的。

Description

一种浮动支承油缸

技术领域

本实用新型涉及一种支承油缸，尤其涉及一种通过增加活塞受力面积而能提高对工件支承力的液压浮动支承油缸。

背景技术

液压浮动支承油缸主要应用于机械加工中，与被加工工件压紧接触后，对被加工工件产生支承力，以减少被加工工件在加工过程中的振动，防止被加工工件的变形，即为被加工工件提供浮动的辅助支承的一种装置。如中国专利授权公告号为CN201513409U的专利文献中就公开了一种液压支撑油缸结构，它包括：液压支承油缸本体、安装于本体内的上升活塞（顶出活塞）以及通过上升活塞推动的柱塞（支承杆）、柱塞弹簧（顶出弹簧）、于油缸本体内还安装有一支撑活塞以及包夹柱塞的筒夹（弹性体），支撑活塞具有一上升锥面，筒夹具有与该上升锥面对应的受力锥面，支撑活塞通过液压作用向上移动，其上升锥面对受力锥面产生水平夹紧力。该实用新型专利还具体公开了各部件之间的组织结构关系：上升活塞、柱塞、筒夹、支撑活塞是由内向外依次套装在液压支承油缸本体内，底部为液压油容腔。支撑活塞所能产生的推力大小与支撑活塞的有效工作面积密切相关，通常面积越大推力越大，而该结构由于支撑活塞的有效工作面积（横截面）要减去中间部件占据的较大截面积，剩下环形工作面积所产生的支撑活塞推力较小。类似的结构在中国专利授权公告号为CN203081897U的专利文献中也有公开。

从上述结构中可以看到，支撑活塞向上的推力，不仅要满足弹性体抱紧支承杆的需要，而且也要满足整个支承力的需要。换句话说，支撑活塞所能产生的推力和弹性体抱紧支承杆所获得的摩擦力两者之中较小者，决定了支承油缸的支承力。一般支撑活塞和弹性体的锥角只需做到小于5°，其所获得的抱紧力可达到支撑活塞推力的十几倍以上，钢与钢之间的摩擦系数大于0.12，所获得的摩擦支承力可以比支撑活塞推力大得多，因此，支承油缸的支承力就取决于支撑活塞产生的推力大小。而支撑活塞所能产生的推力大小与支撑活塞的有效工作面积密切相关，通常面积越大推力越大。

而现有技术中的液压浮动支承油缸的共同点是：1、顶出活塞仅是起到将支承杆顶出的作用；2、由于有顶出活塞的存在，支撑活塞的有效工作面积等于支撑活塞的底面积减去顶出活塞所占据的芯面积后所剩下的环形面积。即现有的液压浮动支承油缸，顶出活塞只是起到顶出支承杆的作用，支撑活塞的有效工作面积仅为环形面积，导致支撑活塞产生的推力大打折扣。这对于目前机床液压系统的低压工作压力范围（≤7MPa）而言，要想在该低压条件下获得较大的支承油缸的支承力，只能依靠提高油缸体积来解决，但这样做会提高成本，并且也不可能无限制地依赖于增大油缸体积来解决。故如何在尽可能小的体积下使低压支承油缸产生尽可能大的支承力，成为目前迫切需要解决的技术问题。

其次，现有的液压浮动支承油缸中，支撑活塞与筒夹（弹性体）的相对面为相匹配的光滑锥面，使得钢球分别与弹性体、支撑活塞之间为点接触，这样的结构导致钢球与弹性体、支撑活塞之间的接球应力较大，从而会在一定程度上降低支承油缸的承载能力，同时还会缩短使用寿命，并且对筒夹（弹性体）所用材料的力学特性要求高，否则使用寿命会更短。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种在同样缸径和压力的条件下可明显提高支承力的浮动支承油缸。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种浮动支承油缸，包括有缸体、顶出装置和支承夹持装置，其中顶出装置又包括具有活塞通道的底座、位于活塞通道中的顶出活塞、与顶出活塞相固定的顶出杆、套在顶出杆上的回程弹簧以及由顶出杆推动的支承杆；所述支承夹持装置则包含有位于所述缸体内的支撑活塞和弹性体，所述的弹性体套在所述支承杆和支撑活塞之间，且所述的支撑活塞内表面与弹性体的外表面分别设计成相互匹配的内锥面和外锥面，在该内、外锥面之间设有钢球，其特征在于：所述支撑活塞的下端设置有中空的圆柱形凸台，该圆柱形凸台伸入到所述底座的活塞通道内，所述的顶出杆上端穿过该圆柱形凸台后与所述支承杆相配合。

优选的是，所述中空的圆柱形凸台的外径不大于所述顶出活塞的直径，这样顶出活塞的受力面积完全弥补了因设置顶出装置而使支撑活塞损失的有效工作面积，从而不仅弥补了原推力损失，而且还可能具有超出的推力补充。当然，若允许有较小的受力面积损失，也可以将圆柱形凸台的外径设计成略大于所述顶出活塞的直径的结构。

在上述各方案中，进一步优选的是，所述圆柱形凸台的内壁上设有一肩部，所述回程弹簧的上、下端分别抵靠在该肩部和顶出活塞上，这样当顶出活塞在顶出支承杆时，回程弹簧逐渐被压缩在中空的圆柱形凸台内，不影响顶出活塞与中空的圆柱形凸台下端的抵触。但当顶出活塞的直径明显大于圆柱形凸台的外径时，回程弹簧的上、下端可以抵在底座和顶出活塞之间，这样的方案，在实现回复弹簧回复力的作用下，同样可以不影响顶出活塞与中空的圆柱形凸台下端的抵触。

为了确保顶出活塞的上下移动不受活塞通道内空气的影响，在上述各方案中，优选的是，在所述底座上设有通气孔道，所述活塞通道经由该通气孔道与外部相连通。这样活塞通道的空气与外界空气相自由连通，以减小顶出活塞上下运动时的空气阻力。

在上述方案中，较好的是，所述底座的上端周边具有一台阶而在所述底座、缸体和支撑活塞之间形成一容腔，所述的底座上具有与该容腔相连通的进油通道，液压油可以从下方推动支撑油缸，使得整体结构更为紧凑。

较好的是，所述中空的圆柱形凸台与所述底座的活塞通道的接触面之间安装有第三密封圈，保证支撑活塞与底座的活塞通道的接触面之间可靠密封。

在上述各方案中，更进一步优选的是，所述支撑活塞的内锥面上自上而下开有向内凹陷的内滚道，且所述的内滚道有多个，分别沿所述支撑活塞的周向分布；所述弹性体的外锥面上则设置有与所述多个内滚道相一一对应的且向内凹陷的外滚道，所述钢球位于由对应的内、外滚道组成的滚道中。这样的结构可以使钢球与滚道之间由点接触改为线接触，可以减小钢球与弹性体、支撑活塞之间的接球应力，不仅可提高了支承油缸的承载能力，而且可延长使用寿命，并还可以降低弹性体所用材料的力学特性要求，在同等要求下，可以降低成本。

在上述更进一步优选的方案中，所述内、外滚道的截面为圆弧形凹槽，该圆弧形凹槽的半径与钢球的半径相同，以使使钢球与滚道之间达到完全线接触，使支承油缸的承载能力得到进一步的提高。

较好的是，两个所述滚道为一组，且该多组滚道分别沿周向均布，这样对支承杆支承、受力更为均匀。

较实用的是，所述支承杆与缸体的接触面之间安装有防尘圈，防止支承杆顶出、回缩时异物进入缸体，确保支承油缸能长期可靠地工作。

与现有技术相比，由于本实用新型巧妙地设置了圆柱形凸台，利用圆柱形凸台与顶出活塞的配合，使得本实用新型具有双活塞支承的结构，即当顶出活塞受力克服回程弹簧上行，通过顶出杆将支承杆顶出时，顶出活塞将接触支撑活塞下端的圆柱形凸台，然后顶出活塞与支撑活塞同时受力上顶，支撑活塞通过钢球对弹性体产生径向分力而使弹性体抱紧支承杆。显然，这时的顶出活塞具有将支承杆顶出后再助推支撑活塞对工件进行支承的双重作用，增加的顶出活塞的推力，可以补偿由于设置顶出装置而损失的支撑活塞的有效工作面积，使支承油缸整体向上的推力达到、甚至大于完整支撑活塞的工作面积，因而本实用新型在同样缸径和压力的条件下可明显提高支承力，实现了在低压情况下小体积、大支承力的目的。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例的结构示意图；

图2为图1中的A-A向剖视图；

图3为图1中支撑活塞的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为图1中弹性体的结构示意图；

图6为图5中的B-B向剖视图；

图7为本实用新型第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

第一实施例：如图1至图6所示，本实施例中的液压浮动支承油缸包括有缸体1、顶出装置和支承夹持装置，其中缸体1的内径为24mm，外壁具有外螺纹，上端面具有通孔，下端口敞开；顶出装置又包括有底座2、顶出活塞3、顶出杆4、回程弹簧a1、支承杆5和顶出弹簧a2，所述的底座2定位在缸体1的下端口内，且底座2与缸体1之间设置有第一密封圈b1，使底座2密封堵塞在缸体1的下端口中；该底座2内还轴向设有活塞通道21，本实施例中，该活塞通道21的上部直径小于下部直径，上述顶出活塞3位于该活塞通道21的下部内，在该顶出活塞上设有第二密封圈b2，使得顶出活塞3在活塞通道的下部内密封滑动。上述顶出杆4的下端与顶出活塞3相固定，上端伸入支承杆5的内腔51中。上述支承杆5的上端通过缸体上的通孔后外露于所述缸体，该支承杆5的上端螺纹连接有顶帽6。上述顶出弹簧位a2于支承杆的内腔51中，它的上、下端分别与顶出杆4的上端和顶帽6相抵。

所述支承夹持装置则包含有位于缸体内的支撑活塞7、弹性体8、钢球9和复位弹簧a3，其中弹性体8套在上述支承杆5和支撑活塞7之间，且支撑活塞7的上部壁厚小于下部壁厚，而使支撑活塞7内表面成为上升内锥面，弹性体8的外表面则设计成与该内锥面相互匹配的外锥面，钢球9设在该内、外锥面之间，支撑活塞7的顶部设置有限制钢球上移的垫片10，以保证钢球一直在内、外锥面间活动。复位弹簧a3的下端抵在该垫片10上，上端与弹性体8的上沿相抵。为了增大支撑活塞有效工作面积，上述支撑活塞7的下端设有中空的圆柱形凸台71，本实施例中，该中空的圆柱形凸台71的外径（外径为10mm）小于顶出活塞3的直径（直径为12mm），该圆柱形凸台71伸入到底座的活塞通道21内，并且与活塞通道21的上部之间设置有第三密封圈b3，使得该圆柱形凸台71在活塞通道21的上部内密封滑动。

为了便于制作，更有利于工作的稳定性，上述圆柱形凸台71的内壁上设有一肩部72，回程弹簧a1的上、下端分别抵靠在该肩部72和顶出活塞3上。底座2上设有通气孔道22，将活塞通道21的内部与外部连通，工作过程中可自由呼吸，减小顶出活塞3上下运动时的空气阻力。同时在底座的上端周边具有一台阶而使得底座、缸体和支撑活塞之间形成一容腔23，底座上还具有与该容腔相连通的进油通道24。

为了进一步提高支承油缸的承载能力，上述内、外锥面还设计成如下结构：支撑活塞7的内锥面上自上而下开有向内凹陷的内滚道73，且内滚道73有多个，分别沿支撑活塞7的周向分布；而弹性体8的外锥面上则设置有与多个内滚道73相一一对应的且向内凹陷的外滚道81，钢球9位于由对应的内、外滚道组成的滚道中。本实施例中，内滚道优选为16个，则外滚道也有16个且内、外滚道的截面为圆弧形凹槽，该圆弧形凹槽的半径与钢球的半径相同。同时将两个所述滚道构成一组，该多组滚道分别沿周向均布，请参图2，可以进一步提高支承油缸的承载能力。采用这样的内、外锥面结构后，可以使钢球与滚道之间为线接触，从而可以减小钢球与弹性体、支撑活塞之间的接球应力，在提高了支承油缸的承载能力的同时可延长使用寿命，并还可以降低弹性体所用材料的力学特性要求。

除了上述密封圈以外，在支撑活塞7和缸体1之间设置有第四密封圈b4，在支承杆5也与缸体通孔接触面之间设置有第五密封圈b5，同时在支承杆与缸体的通孔接触面之间安装有防尘圈b6，该防尘圈b6可以防止支承杆5顶出、回缩时异物进入缸体1，确保支承油缸能长期可靠地工作。

本液压浮动支承油缸的工作过程如下：当液压油进入顶出活塞下方的无杆腔25中后，液压油推动顶出活塞3，并克服回程弹簧a1上行，通过顶出弹簧a2将支承杆5顶出，回程弹簧a1逐渐被压缩，直止顶出活塞3接触到支撑活塞7下部的圆柱形凸台71时，回程弹簧a1被完全压缩在支撑活塞7的圆柱形凸台71内，支承杆5完全顶出至与工件100接触。在此过程中，液压油同时经进油通道24进入至容腔23中，但由于复位弹簧a3对支撑活塞7预置了下压力，该下压力大于顶出活塞3此时的推力和支撑活塞7上获得的液压力之和，因而支撑活塞7不会随支承杆5的顶出而上行。

之后，液压油压力升高，这时液压油进入无杆腔25，同时通过进油通道24进入容腔23，克服复位弹簧a3的预紧力，推动支撑活塞7与顶出活塞3一齐上行，在内、外锥面的作用下，通过钢球9使弹性体8抱紧支承杆5，完成对工件100的支承，直至达到设定的工作压力。

当释放液压油压力时，钢球9确保支撑活塞7不会产生自锁，复位弹簧a3可顺利地将支撑活塞7推至与底座1接触的起始位置，同时回程弹簧a1也将顶出活塞3推回至起始位置，与顶出活塞3相连的顶出杆4将支承杆5拉回原始位置。

本实施例中，液压油的油压选用7MPa，支撑活塞7的锥面斜度设置为5°，产生的径向分力即抱紧力达36.60kN，至少可获得4.4kN的摩擦支承力。而支撑活塞7向上的推力为2.56kN，加上顶出活塞3向上的推力0.77kN，共达到了3.33kN的综合推力，即为支承油缸的实际支承力。该实际获得的支承力相对于2.56kN提高了约30%。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理前提下，还可以做出多种变形和改进，例如当顶出活塞的直径明显大于圆柱形凸台的外径时，如图7所示，此时回程弹簧a1的上、下端可以抵在底座2和顶出活塞3之间，此时顶出活塞3的受力面积弥补了因设置顶出装置而使支撑活塞7损失的有效工作面积，不仅弥补了原推力损失，而且顶出活塞3大于圆柱形凸台端面面积的那部分受力面积还具有推力补充，使得实际支承力超出了完整支撑活塞的支承力，因而这样的结构具有更好的支承效果。或者，当允许有较小的受力面积损失时，也可以将圆柱形凸台的外径设计成略大于顶出活塞的直径的结构。即这样的方案也应该视为本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种浮动支承油缸，包括有缸体(1)、顶出装置和支承夹持装置，其中顶出装置又包括具有活塞通道的底座(2)、位于活塞通道(21)中的顶出活塞(3)、与顶出活塞相固定的顶出杆(4)、套在顶出杆上的回程弹簧(a1)以及由顶出杆推动的支承杆(5)；所述支承夹持装置则包含有位于所述缸体内的支撑活塞(7)和弹性体(8)，所述的弹性体套在所述支承杆和支撑活塞之间，且所述的支撑活塞(7)内表面与弹性体(8)的外表面分别设计成相互匹配的内锥面和外锥面，在该内、外锥面之间设有钢球(9)，其特征在于：所述支撑活塞(7)的下端设置有中空的圆柱形凸台(71)，该圆柱形凸台伸入到所述底座的活塞通道(21)内，所述的顶出杆(4)上端穿过该圆柱形凸台(71)后与所述支承杆(5)相配合。

2.根据权利要求1所述的浮动支承油缸，其特征在于：所述中空的圆柱形凸台(71)的外径不大于所述顶出活塞(3)的直径。

3.根据权利要求1或2所述的浮动支承油缸，其特征在于：所述圆柱形凸台(71)的内壁上设有一肩部(72)，所述回程弹簧(a1)的上、下端分别抵靠在该肩部(72)和顶出活塞(3)上。

4.根据权利要求1或2所述的浮动支承油缸，其特征在于：所述底座(2)上设有通气孔道(22)，所述活塞通道(21)经由该通气孔道(22)与外部相连通。

5.根据权利要求1或2所述的浮动支承油缸，其特征在于：所述底座的上端周边具有一台阶而在所述底座、缸体和支撑活塞之间形成一容腔(23)，所述的底座上具有与该容腔相连通的进油通道(24)。

6.根据权利要求1或2所述的浮动支承油缸，其特征在于：所述中空的圆柱形凸台(71)与所述底座的活塞通道(21)的接触面之间安装有第三密封圈(b3)。

7.根据权利要求1或2所述的浮动支承油缸，其特征在于：所述支撑活塞(7)的内锥面上自上而下开有向内凹陷的内滚道(73)，且所述的内滚道有多个，分别沿所述支撑活塞(7)的周向分布；所述弹性体(8)的外锥面上则设置有与所述多个内滚道相一一对应的且向内凹陷的外滚道(81)，所述钢球(9)位于由对应的内、外滚道组成的滚道中。

8.根据权利要求7所述的浮动支承油缸，其特征在于：所述内、外滚道的截面为圆弧形凹槽，该圆弧形凹槽的半径与所述钢球(9)的半径相同。

9.根据权利要求7所述的浮动支承油缸，其特征在于：两个所述滚道为一组，且该多组滚道分别沿周向均布。

10.根据权利要求1或2所述的浮动支承油缸，其特征在于：所述支承杆(5)与缸体(1)的接触面之间安装有防尘圈(b6)。

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