RU2209351C1

RU2209351C1 - Pneumatic cylinder

Info

Publication number: RU2209351C1
Application number: RU2002105451/06A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Козлов (RU); А.Н. Козлов; А.В. Богданов (RU); А.В. Богданов; Ю.А. Богданов (RU); Ю.А. Богданов; Ганс-Йоахим ГЕРХАРД (DE); Ганс-Йоахим ГЕРХАРД
Original assignee: Козлов Александр Николаевич; Богданов Александр Васильевич; Богданов Юрий Александрович; Ганс-Йоахим ГЕРХАРД
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2003-07-27

Abstract

FIELD: actuating working members. SUBSTANCE: pneumatic cylinder has working rod with piston mounted in sectional housing having cylindrical sleeve and end covers; each cover has hole for pipe union for delivery or discharge of working medium; mounted inside one of covers is guide bush for motion of rod; each end cover is provided with centering projection on side of attachment of sleeve; outer surface of said projection has form of truncated cone; diameter of base of this cone exceeds inner diameter of sleeve; outer surface of sleeve is provided with circular grooves at both ends; outer surface of guide bush has form of truncated cone; each end cover is provided with circular projection on side of attachment of sleeve which is rolled in respective groove of sleeve. EFFECT: enhanced reliability and simplified construction. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к исполнительным устройствам, преобразующим энергию сжатых газов (воздуха) в прямолинейное движение. The invention relates to the field of engineering, in particular to actuators that convert the energy of compressed gases (air) into rectilinear motion.

Пневмоцилинры широко используются для перемещения рабочих органов в грузоподъемных механизмах, автоматах, поточных линиях, летательных аппаратах и т.п. Pneumatic cylinders are widely used for moving working bodies in hoisting mechanisms, automatic machines, production lines, aircraft, etc.

Известен пневмоцилиндр, содержащий корпус, торцевые крышки с отверстиями подвода и отвода рабочей среды, поршень с уплотнительными элементами, размещенный в корпусе с образованием рабочих полостей, шток, связанный с поршнем, демпфирующие кольца, соосно установленные на торцевых поверхностях поршня и стяжные шпильки (А.С. СССР 1546733, кл. F 15 В 15/14, от 15.02.88 г.). A known pneumatic cylinder comprising a housing, end caps with openings for supplying and discharging a working medium, a piston with sealing elements placed in the housing to form working cavities, a rod connected to the piston, damping rings coaxially mounted on the end surfaces of the piston and tie rods (A. C. USSR 1546733, class F 15 B 15/14, 02.15.88).

Известное устройство не отличается надежностью, так как точки приложения стягивающих усилий, развиваемых стяжными шпильками, находятся за пределами площади опоры гильзы и торцевых крышек, а неравномерность затяжки шпилек приводит к перекосу гильзы относительно торцевых крышек, что нарушает их соосность. The known device is not reliable, since the points of application of the tensile forces developed by the tie rods are outside the area of the support of the sleeve and end caps, and the unevenness of the tightening of the studs leads to a skew of the sleeve relative to the end caps, which violates their alignment.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому является пневмоцилиндр, содержащий рабочий шток с поршнем, установленные в сборном корпусе, включающем цилиндрическую гильзу и торцевые крышки, каждая из которых имеет отверстие под штуцер для подвода или отвода рабочей среды, внутри одной из торцевых крышек установлена направляющая втулка для перемещения штока, каждая торцевая крышка со стороны крепления гильзы снабжена центрирующим выступом, внешняя поверхность которого имеет форму усеченого конуса, диаметр основания которого больше внутреннего диамтра гильзы (Патент DE 4025701 А, кл. F 16 J 10/02, 14.03.91 г.). By technical nature, the closest to the proposed one is a pneumatic cylinder containing a working rod with a piston installed in a prefabricated housing including a cylindrical sleeve and end caps, each of which has an opening for a nozzle for supplying or discharging a working medium, a guide sleeve is installed inside one of the end caps to move the rod, each end cap on the side of the sleeve mounting is provided with a centering protrusion, the outer surface of which has the shape of a truncated cone, the base diameter of which about more diamtra inner sleeve (Patent DE A 4025701, cl. F 16 J 10/02, of 14.03.91).

Недостатком прототипа является сложность конструкции из-за необходимости формирования резьбовых соединений и использования прокладочных колец, что удорожает изделие. The disadvantage of the prototype is the design complexity due to the need to form threaded joints and the use of spacer rings, which increases the cost of the product.

Кроме того, резьбовые соединения торцевых крышек с цилиндром (гильзой) не обеспечивают достаточно высокой точности (соосности) и требуют дорогостоящей механической обработки, а при больших нагрузках подвержены потере жесткости и целостности, что снижает надежность устройства. In addition, the threaded connections of the end caps with the cylinder (sleeve) do not provide sufficiently high accuracy (alignment) and require expensive machining, and at high loads are subject to loss of rigidity and integrity, which reduces the reliability of the device.

Техническим результатом является упрощение и удешевление конструкции и повышение надежности. The technical result is to simplify and reduce the cost of construction and increase reliability.

Достигается это тем, что в пневмоцилиндре, содержащем рабочий шток с поршнем, установленные в сборном корпусе, включающем цилиндрическую гильзу и торцевые крышки, каждая из которых имеет отверстие под штуцер для подвода или отвода рабочей среды, внутри одной из торцевых крышек установлена направляющая втулка для перемещения штока, каждая торцевая крышка со стороны крепления гильзы снабжена центрирующим выступом, внешняя поверхность которого имеет форму усеченного конуса, диаметр основания которого больше внутреннего диаметра гильзы, согласно изобретению на внешней поверхности гильзы с обоих ее концов выполнены кольцевые канавки, внешняя поверхность направляющей втулки выполнена в форме усеченного конуса, каждая торцевая крышка со стороны крепления гильзы снабжена кольцевым выступом, завальцованным в соответствующую кольцевую канавку гильзы, кроме того отверстие под штуцер в каждой торцевой крышке выполнено коническим, а штуцер выполнен в виде усеченного конуса с углом между образующими его осевого сечения равным углу между образующими осевого сечения конического отверстия, а также кольцевые канавки гильзы имеют прямоугольное или трапециевидное сечение, а глубина их не превышает половины толщины стенки гильзы. This is achieved by the fact that in a pneumatic cylinder containing a working rod with a piston installed in a prefabricated housing including a cylindrical sleeve and end caps, each of which has an opening for a nozzle for supplying or discharging a working medium, a guide sleeve is installed inside one of the end caps for movement rod, each end cover on the side of the sleeve fastening is equipped with a centering protrusion, the outer surface of which has the shape of a truncated cone, the diameter of the base of which is larger than the inner diameter of the sleeve, According to the invention, annular grooves are made on the outer surface of the sleeve from both ends, the outer surface of the guide sleeve is made in the form of a truncated cone, each end cover on the side of the sleeve fastening is provided with an annular protrusion, rolled into the corresponding annular groove of the sleeve, in addition, an opening for the fitting in each end the lid is made conical, and the fitting is made in the form of a truncated cone with an angle between the axial section generatrices equal to the conical angle between the axial section generators of holes and the ring grooves of the sleeve have a rectangular or trapezoidal cross section, and their depth is less than half the wall thickness of the sleeve.

Сущность изобретения заключается в том, что выполнение пневмоцилиндра вышеописанным образом позволяет изготавливать элементы корпуса литьевым способом без использования механической обработки. The essence of the invention lies in the fact that the implementation of the pneumatic cylinder in the manner described above allows the manufacture of housing elements by injection molding without the use of machining.

Сопряжение торцевых крышек с гильзой с помощью центрирующего выступа конической формы обеспечивает точность и прочность сопряжения, герметичность конструкции, а завальцованный кольцевой выступ в кольцевую канавку гильзы повышает надежность крепления. The coupling of the end caps with the sleeve using the centering protrusion of the conical shape ensures the accuracy and strength of the interface, the tightness of the structure, and the sealed ring protrusion in the annular groove of the sleeve increases the reliability of fastening.

На фиг.1 представлен общий вид пневмоцилиндра в разрезе, на фиг.2 - конструкция торцевой крышки с направляющей втулкой и штуцером, на фиг.3 - конструкция глухой торцевой крышки со штуцером, на фиг.4 - конструкция гильзы с кольцевыми канавками и фланцем, на фиг.5- конструкция разборного и неразборного соединений гильзы с торцевыми крышками. Figure 1 shows a General view of the pneumatic cylinder in section, figure 2 - the design of the end cap with a guide sleeve and a fitting, figure 3 - the design of the blind end cap with a fitting, figure 4 - the design of the sleeve with annular grooves and flange, figure 5 - design of collapsible and non-collapsible connections of the sleeve with the end caps.

Пневмоцилиндр содержит цилиндрическую гильзу 1 в виде трубы постоянного сечения, две торцевые крышки 2 и 3, в отверстие каждой из которых установлен соответствующий штуцер 4 и 5 для подачи сжатого воздуха и демпфирующие дроссельные устройства (на чертеже не показаны). В торцевой крышке 2 установлена направляющая втулка 6, в которой перемещается шток 7, один конец которого соединен с поршнем 8, размещенным в гильзе 1, а второй конец имеет средства 9 для соединения с объектом перемещения. Торцевая крышка 3 выполнена глухой и снабжена кольцевым выступом 10, а центрирующие выступы 11, 12, входящие внутрь гильзы 1, имеют форму усеченного конуса, размеры которого обеспечивают гарантированный натяг в сопряжении торцевых крышек с гильзой 1. The pneumatic cylinder contains a cylindrical sleeve 1 in the form of a pipe of constant cross-section, two end caps 2 and 3, in the hole of each of which a corresponding fitting 4 and 5 for supplying compressed air and damping throttle devices (not shown) are installed. A guide sleeve 6 is installed in the end cover 2, in which the rod 7 moves, one end of which is connected to a piston 8 located in the sleeve 1, and the second end has means 9 for connecting with the object of movement. The end cover 3 is made blind and provided with an annular protrusion 10, and the centering protrusions 11, 12 included inside the sleeve 1 have the shape of a truncated cone, the dimensions of which provide a guaranteed interference fit between the end caps and the sleeve 1.

Гильза 1 на концах на некотором расстоянии от торцев имеет кольцевые канавки 13, 14 прямоугольного или трапециевидного сечения, в которые при соединении с крышками завальцовываются упомянутые кольцевые выступы так, что гильза своими торцами плотно соприкасается с корпусами крышек, образуя жесткое неподвижное соединение. Базовые поверхности штуцеров 4, 5, демпфирующих устройств и направляющей втулки 6 имеют форму усеченного конуса и установлены в крышки пневмоцилиндра в соответствующие конические отверстия. Сальники 15, 16, 17 и запирающие их металлические кольца 18, 19, 20 установлены в углубления, базовые поверхности которых имеют минимальные литьевые уклоны. Как минимум одна торцевая крышка 2 содержит фланец 21, который прикреплен к ней для обеспечения разборности пневмоцилиндра. Причем отверстие под штуцер 4 и центрирующий выступ 11 расположены в корпусе торцевой крышки 2, а кольцевой выступ 22 - на фланце 21. При этом гильза 1 завальцовывается во фланец 21, снабженный кольцевым выступом 22, который завальцован в канавку 13 гильзы, а фланец 21 со стороны торца гильзы 1 имеет выточку 23, обеспечивающую свободную деформацию конца гильзы при соединении ее с коническим кольцевым выступом 22 торцевой крышки. Фланец 21 крепится к торцевой крышке 2 с помощью болтов 24. The sleeve 1 at its ends at some distance from the ends has annular grooves 13, 14 of a rectangular or trapezoidal section into which, when connected to the covers, the said annular protrusions are rolled so that the sleeve ends tightly in contact with the bodies of the covers, forming a rigid fixed connection. The base surfaces of the fittings 4, 5, damping devices and the guide sleeve 6 are in the form of a truncated cone and are installed in the caps of the pneumatic cylinder in the corresponding conical holes. The seals 15, 16, 17 and their metal rings 18, 19, 20, which lock them, are installed in recesses, the base surfaces of which have minimal casting slopes. At least one end cap 2 contains a flange 21, which is attached to it to ensure the dismantling of the pneumatic cylinder. Moreover, the hole for the fitting 4 and the centering protrusion 11 are located in the body of the end cover 2, and the annular protrusion 22 is located on the flange 21. In this case, the sleeve 1 is rolled into a flange 21 provided with an annular protrusion 22, which is rolled into the groove 13 of the sleeve, and the flange 21 with the end face of the sleeve 1 has a recess 23, which provides free deformation of the end of the sleeve when connected to a conical annular protrusion 22 of the end cover. The flange 21 is attached to the end cap 2 using bolts 24.

Изготавливают детали пневмоцилиндра следующим образом. Торцевые крышки 2 и 3 получают методом точного литья из алюминиевого сплава. Все внутренние и внешние поверхности заготовки торцевых крышек 2 и 3 имеют коническую форму. При этом конические отверстия под штуцеры 4, 5 и направляющую втулку 6 имеют конусность "2-8" градусов, что несколько меньше "угла трения", угла, при котором сопряженные детали удерживаются силами трения и самопроизвольно не рассоединяются. Конические отверстия под сальники 15, 16, 17 и запирающие металлические кольца 18, 19, 20 делаются с минимальным технологическим уклоном - "0,5" градуса для обеспечения изъятия отлитых деталей из литьевой формы. Кольцевой выступ 10 и крепежные отверстия крышек также отливаются с минимальным уклоном. Кольцевой выступ 10 и конические выступы 11, 12 оформляются в одной полуформе, что обеспечивает большую их соосность. После отливки торцевые крышки 2 и 3 подвергаются галтовке с целью удаления острых заусенцев на границе разъема полуформ. Внешние и базовые конические поверхности торцевых крышек механической обработке не подвергаются. The details of the pneumatic cylinder are made as follows. End caps 2 and 3 are obtained by precision casting of aluminum alloy. All internal and external surfaces of the end cap blank 2 and 3 are tapered. In this case, the conical holes for the fittings 4, 5 and the guide sleeve 6 have a taper of "2-8" degrees, which is slightly less than the "friction angle", the angle at which the mating parts are held by the friction forces and do not spontaneously disconnect. Conical openings for oil seals 15, 16, 17 and locking metal rings 18, 19, 20 are made with a minimum technological slope of “0.5” degrees to ensure the removal of cast parts from the injection mold. The annular protrusion 10 and the mounting holes of the covers are also cast with a minimum slope. The annular protrusion 10 and the conical protrusions 11, 12 are formed in one half-shape, which ensures their greater alignment. After casting, the end caps 2 and 3 are subjected to tumbling in order to remove sharp burrs at the boundary of the half-mold connector. The external and basic conical surfaces of the end caps are not machined.

Гильза 1 нарезается из трубы постоянного сечения, на некотором расстоянии от каждого торца вытачивается кольцевая канавка. Труба изнутри имеет специальное антикоррозионное, антифрикционное, износоустойчивое покрытие и в дальнейшем не обрабатывается. The sleeve 1 is cut from a pipe of constant cross-section, an annular groove is machined at a certain distance from each end. The inside of the pipe has a special anti-corrosion, anti-friction, wear-resistant coating and is not processed further.

На одном конце гильзы 1 со стороны канавки 13 устанавливается фланец 21, обеспечивающий разборность конструкции, который жестко соединяется с гильзой 1 путем завальцовки кольцевого выступа 22 в канавку 13. At one end of the sleeve 1 from the side of the groove 13, a flange 21 is installed, providing a collapsible structure that is rigidly connected to the sleeve 1 by rolling the annular protrusion 22 into the groove 13.

Направляющая втулка 6 изготавливается методом порошковой металлургии в прессформе и механически не обрабатывается. Благодаря пористой структуре направляющая втулка 6 после пропитки в масле сохраняет смазку в процессе всего срока службы пневмоцилиндра. После запрессовки втулки 6 в торцевую крышку 2 она для надежности зачеканивается в коническом отверстии. The guide sleeve 6 is made by powder metallurgy in a mold and is not mechanically processed. Due to the porous structure, the guide sleeve 6 after impregnation in oil retains lubrication during the entire life of the pneumatic cylinder. After pressing the sleeve 6 into the end cap 2, it is locked in a conical hole for reliability.

Неподвижное соединение гильзы 1 с торцевой крышкой 3 осуществляется за счет завальцовки кольцевого выступа 10 в канавку 14. При этом под действием осевого усилия гильза 1 перемещается по коническому выступу 10 торцевой крышки 3 до соприкосновения торца гильзы 1 с корпусом торцевой крышки 3. Поскольку больший диаметр конуса всегда несколько больше внутреннего диаметра гильзы 1, образуется неподвижное герметичное соединение. При этом гильза 1 на величину натяга деформируется, обеспечивая в процессе эксплуатации постоянный плотный контакт с торцевой крышкой. Важно также и то, что несмотря на большой разброс базовых размеров гильзы 1 и торцевой крышки в соединении обеспечивается высокая соосность - до нескольких микрон. The fixed connection of the sleeve 1 with the end cap 3 is carried out by rolling the annular protrusion 10 into the groove 14. In this case, under the action of axial force, the sleeve 1 moves along the conical protrusion 10 of the end cap 3 until the end face of the sleeve 1 with the case of the end cap 3. Since the larger diameter of the cone always slightly larger than the inner diameter of the sleeve 1, a fixed hermetic connection is formed. In this case, the sleeve 1 is deformed by the amount of interference, providing constant tight contact with the end cap during operation. It is also important that in spite of the wide variation in the basic dimensions of the sleeve 1 and the end cover in the connection, high alignment is ensured - up to several microns.

При сопряжении фланца 21 с торцевой крышкой 2 гильза 1 также деформируется и образует жесткое, герметичное и точное соединение. Выточка 23 фланца 21 не ограничивает деформации гильзы 1. When pairing the flange 21 with the end cap 2, the sleeve 1 is also deformed and forms a rigid, tight and accurate connection. The recess 23 of the flange 21 does not limit the deformation of the sleeve 1.

Сальники 15, 16 и 17 устанавливают в крышки в конические отверстия, но благодаря малой величине конуса ("0,5" градуса) эти отверстия практически являются цилиндрическими. The glands 15, 16 and 17 are installed in the covers in conical holes, but due to the small size of the cone ("0.5" degrees), these holes are practically cylindrical.

Металлические кольца 18, 19 и 20 также устанавливают в конические отверстия, механически не обработанные, и завальцовывают. The metal rings 18, 19 and 20 are also installed in conical holes, not machined, and rolled.

Коническая форма выступов торцевых крышек, предназначенных для соединения с гильзой, обеспечивает беззазорное, неподвижное и герметичное соединение с высокой степенью точности (не хуже 0,01 мм), при низких требованиях к точности исполнения отверстия в гильзе и конического выступа в торцевой крышке, а также исключает необходимость использования эластичных колец. The conical shape of the protrusions of the end caps intended for connection with the sleeve provides a gapless, fixed and tight connection with a high degree of accuracy (no worse than 0.01 mm), with low requirements for the accuracy of the hole in the sleeve and the conical protrusion in the end cap, as well as Eliminates the need for elastic rings.

Конусная форма направляющей втулки и базового отверстия в торцевой крышке для ее установки повышает соосность внутреннего отверстия втулки и внутреннего отверстия гильзы за счет того, что конусные поверхности отверстия под втулку и центрирующего выступа под гильзу формуются в одной полуформе литьевой системы, на величину погрешности сопряжения двух полуформ. The conical shape of the guide sleeve and the base hole in the end cap for its installation increases the coaxiality of the inner hole of the sleeve and the inner hole of the sleeve due to the fact that the conical surface of the hole for the sleeve and the centering protrusion under the sleeve are formed in one half-mold of the injection system, by the amount of the error in the pairing of two half .

Базовые поверхности для установки сальников и запорных колец, имеющие минимальную конусность, не нуждаются в механической обработке. Basic surfaces for installing oil seals and locking rings, with a minimum taper, do not need machining.

Кольцевые выступы крышек, с помощью которых осуществляется жесткое соединение гильзы с торцевой крышкой, и канавки на гильзе исключают необходимость использования стяжных шпилек, что уменьшает вес и материалоемкость пневмопривода, а также повышает точность (соосность) соединения. The annular protrusions of the covers, with the help of which a rigid connection of the sleeve with the end cover is carried out, and the grooves on the sleeve eliminate the need for tie rods, which reduces the weight and material consumption of the pneumatic actuator, and also increases the accuracy (alignment) of the connection.

Фланец для разборного соединения торцевой крышки и гильзы крепится короткими болтами и также не требует использования стяжных шпилек. The flange for the collapsible connection of the end cap and sleeve is fastened with short bolts and also does not require the use of tie rods.

Установка штуцеров и демпфирующих устройств в конические отверстия в торцевых крышках исключают механическую обработку торцевых крышек и устраняют недостатки, вызванные этой обработкой, в частности пропитку. The installation of fittings and damping devices in the conical holes in the end caps eliminates the mechanical treatment of the end caps and eliminates the disadvantages caused by this treatment, in particular impregnation.

Таким образом, в предложенном изобретении обеспечивается поставленный технический результат. Thus, in the proposed invention provides a technical result.

Claims

1. A pneumatic cylinder containing a working rod with a piston installed in a prefabricated housing including a cylindrical sleeve and end caps, each of which has an opening for a fitting for supplying or discharging a working medium, a guide sleeve for moving the rod is installed inside one of the end caps, each end the cover on the side of the sleeve fastening is provided with a centering protrusion, the outer surface of which has the shape of a truncated cone, the diameter of the base of which is larger than the inner diameter of the sleeve, characterized in that eshney surface of the sleeve at both its ends an annular groove, the outer surface of the guide sleeve is in the form of a truncated cone, each end cap from the fastening sleeve provided with an annular projection crimped into the corresponding annular groove of the sleeve.

2. The pneumatic cylinder according to claim 1, characterized in that the hole for the fitting in each end cap is made conical, and the fitting is made in the form of a truncated cone with an angle between its axial section forming equal to the angle between the axial section forming the conical hole.

3. The pneumatic cylinder according to claim 1 or 2, characterized in that the annular grooves of the liner have a rectangular or trapezoidal cross section, and their depth does not exceed half the wall thickness of the liner.