CN205423393U - 一种采用无摩擦汽缸的重力平衡装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种采用无摩擦汽缸的重力平衡装置，该装置相对传统汽缸机构采用的滑动导向结构和胶圈密封做了改变，采用空气静压轴承直线运动导向代替传统的滑动导向，采用间隙密封代替了传统的胶圈密封，从而极大地降低了活塞运动时摩擦干扰力对运动精度的影响，提高汽缸作用力的准确和精密控制。
Description
技术领域
本实用新型是一种采用无摩擦汽缸的重力平衡装置，属于产品结构技术领域。该装置可以对机床运动部件实现精密准确的重力平衡和无摩擦干扰力的运动控制，实现竖直运动部件的无干涉运动和微位移控制。
背景技术
汽缸是工业产品中的常用执行机构，用于实现位移传动和推力控制。在某些场合，需要对汽缸的推力进行准确和恒定的控制。由于传统汽缸结构中采用的胶圈密封和滑动导向引起的摩擦力的影响，汽缸推力不能实现准确、精密和恒定的控制；由于滑动摩擦力方向总是与运动方向相反，使得汽缸的实际推力受到摩擦力的干扰不能实现恒定；且摩擦力是非线性力，汽缸的实际推力不能实现准确和精密的控制。
发明内容
本实用新型正是针对上述现有汽缸存在的不足而设计提供了一种采用无摩擦汽缸的重力平衡装置，其目的是为了克服传统汽缸在精密运动控制方面的使用缺陷。该装置采用空气静压轴承做汽缸的导向和密封，实现汽缸运动时无摩擦干扰力的运动，实现汽缸运动时输出推力的准确、精密和恒定，实现汽缸的精密重力平衡控制。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种采用无摩擦汽缸的重力平衡装置，该重力平衡装置包括由活塞杆(1)、活塞(14)、活塞杆导向套(11)和气缸套(15)组成的汽缸，其特征在于：
1.1在活塞杆(1)和活塞杆导向套(11)之间形成静压轴承副
在活塞杆导向套(11)的内环表面上加工有环状内凹的气室Ⅰ(2)，气室Ⅰ(2)的截面为等腰梯形，该梯形的高度为0.15毫米，与活塞杆(1)贴近的底边长度为0.3毫米，在活塞杆导向套(11)上沿圆周方向均布加工有进气道Ⅰ(4)，进气道(4)的下部为节流孔Ⅰ(3)，节流孔Ⅰ(3)与气室Ⅰ(2)相通，节流孔Ⅰ(3)的直径为0.15毫米，相邻两个进气道Ⅰ(4)之间的夹角为30°～60°，活塞杆(1)和活塞杆导向套(11)之间为间隙配合，两者之间的间隙Ⅰ(6)为7至8微米，另外，在活塞杆导向套(11)的内环表面上加工另一条环状内凹的泄压环Ⅰ(5)，泄压环Ⅰ(5)的截面为正方形，深度为1至2毫米，泄压环Ⅰ(5)位于气室Ⅰ(2)与汽缸的前压力气室(13)之间，泄压环Ⅰ(5)通过加工在活塞杆导向套(11)上的气道Ⅰ(20)与大气相通；
1.2在活塞(14)和气缸套(15)之间形成静压轴承副
在活塞(14)的内环表面上加工有环状内凹的气室Ⅱ(9)，气室Ⅱ(9)的截面为等腰梯形，该梯形的高度为0.15毫米，与气缸套(15)贴近的底边长度为0.3毫米，在活塞(14)上沿圆周方向均布加工有进气道Ⅱ(17)，进气道Ⅱ(17)的下部为节流孔Ⅱ(10)，节流孔Ⅱ(10)与气室Ⅱ(9)相通，各条进气道Ⅱ(17)均与活塞(14)中心处的与大气连通的连接孔(16)连接，节流孔Ⅱ(10)的直径为0.15毫米，相邻两个进气道Ⅱ(17)之间的夹角为30°～60°，活塞(14)和活塞杆汽缸套(15)之间为间隙配合，两者之间的间隙Ⅱ(7)为7至8微米，另外，在活塞(14)的内环表面上加工另一条环状内凹的泄压环Ⅱ(8)，泄压环Ⅱ(8)的截面为正方形，深度为1至2毫米，泄压环Ⅱ(8)位于气室Ⅱ(9)与汽缸的前压力气室(13)之间，泄压环Ⅱ(8)通过加工在活塞(14)上的气道Ⅱ(18)与汽缸的后压力气室(19)相通。
上述结构中，泄压环Ⅰ(5)的作用是保证节流孔Ⅰ(3)与汽缸前压力室(13)之间的气压平衡稳定，泄压环Ⅱ(8)的作用是保证节流孔Ⅱ(10)与汽缸后压力室(19)之间的气压平衡稳定。
本实用新型装置是为了满足超精密机床竖直运动部件的重力平衡而开展研究的。超精密机床中，不仅要对竖直运动部件的重力进行精密的平衡，而且要求平衡系统产生的摩擦力对机床运动系统尽量小，以满足运动控制精度的要求。摩擦干扰力和非线性粘滞力是决定机床运动精度的重要因素之一，必须严格控制。在超精密机床中采用空气静压轴承导向无干涉汽缸对运动精度控制和位移伺服控制十分有效。
超精密数控机床的配重平衡必须有效地降低运动平衡系统的摩擦阻力和非线性粘滞阻力；通过在平衡系统中采用气体静压导向和间隙密封等技术，有效地降低运动的摩擦阻力和非线性粘滞阻力，消除平衡系统对机床导轨运动系统的干扰；通过控制供气压力的稳定等措施，实现超精密机床竖直运动部件配重平衡的准确、精密和恒定，实现无干涉的重力平衡。
本实用新型装置对传统汽缸机构采用的滑动导向结构和胶圈密封做了改变，采用空气静压轴承直线运动导向代替传统的滑动导向，采用间隙密封代替了传统的胶圈密封，从而极大地降低了活塞运动时摩擦干扰力对运动精度的影响，提高汽缸作用力的准确和精密控制。
空气静压轴承采用空气作为润滑介质，空气静压的摩擦系数很小，正常情况只有滑动摩擦系数的百分之一以下，且空气静压的摩擦系数随着运动速度变化不大，摩擦力基本恒定。所以，空气静压轴承导向汽缸可以实现汽缸运动时基本恒定的推力控制，实现汽缸运动时无摩擦干扰力的运动，实现汽缸输出推力的准确、精密和恒定，实现汽缸的精密重力平衡控制。
附图说明
图1为本实用新型装置的结构示意图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本实用新型装置作进一步地详述：
参见附图1所示，该种采用无摩擦汽缸的重力平衡装置，该重力平衡装置包括由活塞杆1、活塞14、活塞杆导向套11和气缸套15组成的汽缸，其特征在于：
1.1在活塞杆1和活塞杆导向套11之间形成静压轴承副
在活塞杆导向套11的内环表面上加工有环状内凹的气室Ⅰ2，气室Ⅰ2的截面为等腰梯形，该梯形的高度为0.15毫米，与活塞杆1贴近的底边长度为0.3毫米，在活塞杆导向套11上沿圆周方向均布加工有进气道Ⅰ4，进气道4的下部为节流孔Ⅰ3，节流孔Ⅰ3与气室Ⅰ2相通，节流孔Ⅰ3的直径为0.15毫米，相邻两个进气道Ⅰ4之间的夹角为30°～60°，活塞杆1和活塞杆导向套11之间为间隙配合，两者之间的间隙Ⅰ6为7至8微米，另外，在活塞杆导向套11的内环表面上加工另一条环状内凹的泄压环Ⅰ5，泄压环Ⅰ5的截面为正方形，深度为1至2毫米，泄压环Ⅰ5位于气室Ⅰ2与汽缸的前压力气室13之间，泄压环Ⅰ5通过加工在活塞杆导向套11上的气道Ⅰ20与大气相通；
1.2在活塞14和气缸套15之间形成静压轴承副
在活塞14的内环表面上加工有环状内凹的气室Ⅱ9，气室Ⅱ9的截面为等腰梯形，该梯形的高度为0.15毫米，与气缸套15贴近的底边长度为0.3毫米，在活塞14上沿圆周方向均布加工有进气道Ⅱ17，进气道Ⅱ17的下部为节流孔Ⅱ10，节流孔Ⅱ10与气室Ⅱ9相通，各条进气道Ⅱ17均与活塞14中心处的与大气连通的连接孔16连接，节流孔Ⅱ10的直径为0.15毫米，相邻两个进气道Ⅱ17之间的夹角为30°～60°，活塞14和活塞杆汽缸套15之间为间隙配合，两者之间的间隙Ⅱ7为7至8微米，另外，在活塞14的内环表面上加工另一条环状内凹的泄压环Ⅱ8，泄压环Ⅱ8的截面为正方形，深度为1至2毫米，泄压环Ⅱ8位于气室Ⅱ9与汽缸的前压力气室13之间，泄压环Ⅱ8通过加工在活塞14上的气道Ⅱ18与汽缸的后压力气室19相通。
本项实用新型是将配重悬挂在汽缸活塞杆上，汽缸活塞杆和活塞的导向与密封分别采用气体静压轴承结构实现。活塞杆与活塞杆导向套之间为一个完整的空气静压轴承副，活塞杆与活塞杆导向套之间完全没有固体接触摩擦。活塞与汽缸套之间为一个完整的空气静压轴承副，活塞与气缸套之间完全没有固体接触摩擦。
作用时，本实用新型装置的的气缸套15安装在超精密机床Z轴滑架之上，刀架安装在活塞杆1之下，重力平衡气缸可以在垂直于地面的方向上进行运动。当气缸处于工作状态时，气缸套15相对于滑架固定不动，活塞14与活塞杆1在汽缸的前、后压力气室的压力作用下能够将刀架的重力平衡，汽缸运动时由于静压轴承副的作用，处于完全浮起状态，无固体接触摩擦阻力，低速运动时阻力小于20克，比传统汽缸能够实现的运动阻力小一个数量级以上。
与传统胶圈密封的汽缸结构相比，本实用新型装置极大地降低了汽缸运动时的摩擦力，提高了汽缸输出力的准确性和精密性，可实现汽缸运动时基本恒定的输出力，对实现汽缸运动的精密控制和微小位移的实现十分有利。
Claims (1)
1.一种采用无摩擦汽缸的重力平衡装置，该重力平衡装置包括由活塞杆(1)、活塞(14)、活塞杆导向套(11)和气缸套(15)组成的汽缸，其特征在于：
在活塞杆(1)和活塞杆导向套(11)之间形成静压轴承副；
在活塞杆导向套(11)的内环表面上加工有环状内凹的气室Ⅰ(2)，气室Ⅰ(2)的截面为等腰梯形，该梯形的高度为0.15毫米，与活塞杆(1)贴近的底边长度为0.3毫米，在活塞杆导向套(11)上沿圆周方向均布加工有进气道Ⅰ(4)，进气道(4)的下部为节流孔Ⅰ(3)，节流孔Ⅰ(3)与气室Ⅰ(2)相通，节流孔Ⅰ(3)的直径为0.15毫米，相邻两个进气道Ⅰ(4)之间的夹角为30°～60°，活塞杆(1)和活塞杆导向套(11)之间为间隙配合，两者之间的间隙Ⅰ(6)为7至8微米，另外，在活塞杆导向套(11)的内环表面上加工另一条环状内凹的泄压环Ⅰ(5)，泄压环Ⅰ(5)的截面为正方形，深度为1至2毫米，泄压环Ⅰ(5)位于气室Ⅰ(2)与汽缸的前压力气室(13)之间，泄压环Ⅰ(5)通过加工在活塞杆导向套(11)上的气道Ⅰ(20)与大气相通；
在活塞(14)和气缸套(15)之间形成静压轴承副；
在活塞(14)的内环表面上加工有环状内凹的气室Ⅱ(9)，气室Ⅱ(9)的截面为等腰梯形，该梯形的高度为0.15毫米，与气缸套(15)贴近的底边长度为0.3毫米，在活塞(14)上沿圆周方向均布加工有进气道Ⅱ(17)，进气道Ⅱ(17)的下部为节流孔Ⅱ(10)，节流孔Ⅱ(10)与气室Ⅱ(9)相通，各条进气道Ⅱ(17)均与活塞(14)中心处的与大气连通的连接孔(16)连接，节流孔Ⅱ(10)的直径为0.15毫米，相邻两个进气道Ⅱ(17)之间的夹角为30°～60°，活塞(14)和活塞杆汽缸套(15)之间为间隙配合，两者之间的间隙Ⅱ(7)为7至8微米，另外，在活塞(14)的内环表面上加工另一条环状内凹的泄压环Ⅱ(8)，泄压环Ⅱ(8)的截面为正方形，深度为1至2毫米，泄压环Ⅱ(8)位于气室Ⅱ(9)与汽缸的前压力气室(13)之间，泄压环Ⅱ(8)通过加工在活塞(14)上的气道Ⅱ(18)与汽缸的后压力气室(19)相通。
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