長(zhǎng)距離恒力輸出氣浮裝置制造方法
【專利摘要】長(zhǎng)距離恒力輸出氣浮裝置，包括輸出氣缸和跟隨系統(tǒng)；所述輸出氣缸包括缸筒、連桿活塞、端蓋、氣浮墊；所述跟隨系統(tǒng)包括直線導(dǎo)軌、滑塊、固定板、連接支架、電機(jī)、激光位移傳感器、反光板；所述連桿活塞套裝在缸筒內(nèi)，所述缸筒兩端通過端蓋密封；所述缸筒中部開有軸向凹槽，所述連接支架穿過軸向凹槽連接連桿活塞和固定板，所述固定板通過滑塊安裝在直線導(dǎo)軌上，所述電機(jī)可驅(qū)動(dòng)滑塊移動(dòng)，所述氣浮墊有兩個(gè)且通過氣浮墊座與固定板連接，所述激光位移傳感器安裝在固定板上；本發(fā)明利用輸出氣缸來輸出恒力，利用跟隨系統(tǒng)控制輸出氣缸實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)，無氣管擾動(dòng)影響、穩(wěn)定性好、恒力輸出精度高。
【專利說明】長(zhǎng)距離恒力輸出氣浮裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及恒力輸出裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)其不同的應(yīng)用環(huán)境及應(yīng)用要求，恒力輸出有多種結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法。動(dòng)態(tài)恒力輸出是指將一個(gè)恒定的力值加載在動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)工件上。
[0003]通過砝碼與目標(biāo)工件吊掛是最為簡(jiǎn)單和常用的施加恒力的方法，由于砝碼質(zhì)量恒定，所以作用在目標(biāo)工件上的力保持不變，但是當(dāng)目標(biāo)工件做加速或減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，砝碼會(huì)因自身慣性力的影響而產(chǎn)生一個(gè)作用在目標(biāo)工件上的附加力，且砝碼質(zhì)量越大影響越大，因此這種方法只適用于目標(biāo)工件低速或勻速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。力矩電機(jī)、液壓氣缸等也常被應(yīng)用于恒力輸出領(lǐng)域。如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01120495617.7的“恒力輸出的液壓裝置”就公布了一種通過PLC控制器、電磁比例閥、壓力傳感器輸出精確力值的液壓裝置，但是此裝置中壓力傳感器安裝在液壓裝置的輸出端，壓力傳感器處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此會(huì)影響測(cè)量值的精確度。氣浮無摩擦氣缸在實(shí)現(xiàn)超精密恒力輸出控制、微壓動(dòng)作控制中得到廣泛應(yīng)用；活塞與缸筒間通過氣體潤滑不存在摩擦力，因此作用在活塞上的力與活塞的橫截面積和缸筒內(nèi)的氣壓大小有關(guān)；但是氣體的響應(yīng)速度慢，缸筒內(nèi)活塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的體積變化會(huì)導(dǎo)致氣壓瞬變，引起輸出恒力的波動(dòng)，因此，氣浮無摩擦氣缸一般用來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作輸出，恒壓控制比較困難，難以保證輸出力值的恒定，再者活塞與活塞壁間的氣隙要求為微米級(jí)，加工精度要求非常高，受加工條件和加工精度的限制，超長(zhǎng)行程的活塞難以實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有恒力輸出裝置中輸出力值難以保持恒定、傳感器測(cè)量不夠精準(zhǔn)、恒力輸出精度不高、無法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離恒力輸出等問題，本發(fā)明提供一種穩(wěn)定性好的、恒力輸出精度高的長(zhǎng)距離恒力輸出氣浮裝置。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]長(zhǎng)距離恒力輸出氣浮裝置,包括輸出氣缸和跟隨系統(tǒng)；所述輸出氣缸包括缸筒、連桿活塞、端蓋、氣浮墊；所述跟隨系統(tǒng)包括直線導(dǎo)軌、滑塊、固定板、連接支架、電機(jī)、激光位移傳感器、反光板。
[0007]所述連桿活塞套裝在缸筒內(nèi)，所述缸筒兩端通過端蓋密封；所述缸筒中部開有軸向凹槽。所述連接支架穿過軸向凹槽連接連桿活塞和固定板，所述固定板通過滑塊安裝在直線導(dǎo)軌上，所述電機(jī)可驅(qū)動(dòng)滑塊移動(dòng)。
[0008]所述連桿活塞包含兩端凸起的第一活塞、第二活塞和中間的活塞桿，所述第一活塞、第二活塞與缸筒間留有極小的間隙，所述連接支架與活塞桿中部固接。
[0009]所述氣浮墊有兩個(gè)，所述氣浮墊內(nèi)表面為半圓型，所述氣浮墊通過氣浮墊座與固定板連接，所述氣浮墊座上設(shè)有氣浮進(jìn)氣口，所氣浮墊內(nèi)表面與缸筒外表面間留有極小間隙，所述氣浮墊可通過調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)其與缸筒外表面之間間隙的大小。[0010]所述激光位移傳感器安裝在固定板上，所述反光板安裝在端蓋上，所述激光位移傳感器與反光板位置相對(duì)。
[0011]所述連桿活塞中心有軸向通孔形成第一氣浮進(jìn)氣孔，所述第一氣浮進(jìn)氣孔兩端通過密封塞密封；沿連桿活塞兩端分別打軸向盲孔形成第一進(jìn)氣孔和第二進(jìn)氣孔，所述第一進(jìn)氣孔、第二進(jìn)氣孔、第一氣浮進(jìn)氣孔之間相互隔離；所述連接支架中心開有第二氣浮進(jìn)氣孔，所述第二氣浮進(jìn)氣孔通過活塞桿中心的第一徑向通孔與第一氣浮進(jìn)氣孔相通，所述第一進(jìn)氣孔和第二進(jìn)氣分別通過活塞桿中心的第二徑向通孔和第三徑向通孔連接比例閥和儲(chǔ)氣罐；所述第二氣浮進(jìn)氣孔和氣浮墊座上的氣浮進(jìn)氣口通過氣管連接儲(chǔ)氣罐。
[0012]所述第一活塞和第二活塞上沿圓周均布徑向節(jié)流孔，所述徑向節(jié)流孔與第一氣浮進(jìn)氣孔相通，所述徑向節(jié)流孔內(nèi)安裝節(jié)流塞；所述第一活塞和第二活塞靠近端面處分別設(shè)有一圈凹槽，所述凹槽內(nèi)均布徑向盲孔形成第一卸氣孔，從活塞桿一端分別向第一活塞和第二活塞打軸向盲孔形成第二卸氣孔，所述第一卸氣孔與第二卸氣孔相通；所述徑向節(jié)流孔沿軸向方向至少有兩組；所述徑向節(jié)流孔與第一卸氣孔和第二卸氣孔間相互隔離。
[0013]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路表現(xiàn)在:
[0014]為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的恒力輸出，本發(fā)明利用輸出氣缸來輸出恒力，利用跟隨系統(tǒng)控制輸出氣缸實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)。
[0015]輸出氣缸由缸筒和連桿活塞等組成，缸筒與連桿活塞間通過氣膜潤滑，通過連接支架將活塞與跟隨系統(tǒng)固定連接，因此只要通過比例閥和儲(chǔ)氣罐控制通入缸筒和連桿活塞兩端氣壓的壓差保持恒定，則缸筒上輸出的力值保持恒定。跟隨系統(tǒng)由直線導(dǎo)軌、滑塊、固定板等組成，連桿活塞和固定板連接，通過電機(jī)控制滑塊帶動(dòng)固定板移動(dòng)可控制連桿活塞的運(yùn)動(dòng)。缸筒運(yùn)動(dòng)過程中，激光位移傳感器可測(cè)量出缸筒的位移，然后通過跟隨系統(tǒng)控制連桿活塞運(yùn)動(dòng)相應(yīng)的距離，使其始終位于缸筒中部位置，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的恒力輸出，另一方面，減小了因連桿活塞運(yùn)動(dòng)引起缸筒腔體體積變化對(duì)氣壓產(chǎn)生的影響，進(jìn)一步提高了恒力輸出的精度。
[0016]連桿活塞上設(shè)有徑向節(jié)流孔，高壓氣體從連桿活塞上的第一氣浮進(jìn)氣孔進(jìn)入，通過徑向節(jié)流孔在連桿活塞與缸筒之間形成氣膜，為缸筒提供支撐和潤滑；連桿活塞上氣浮供氣和輸出氣缸供氣均不會(huì)對(duì)缸筒運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響；在缸筒兩端增加了兩個(gè)半圓形氣浮墊，對(duì)缸筒提供了氣浮支撐，提高了恒力輸出的穩(wěn)定性。
[0017]缸筒和活塞均為一體設(shè)計(jì)，一方面加工簡(jiǎn)單，另一方面能滿足裝配精度要求。缸筒上開有軸向凹槽，因此連接支架不會(huì)影響缸筒的運(yùn)動(dòng)。
[0018]連桿活塞上均設(shè)有凹槽和卸氣孔，卸氣孔與外界大氣相通，在氣膜形成的間隙內(nèi)形成常壓區(qū)，使間隙內(nèi)存在壓力梯度，促進(jìn)穩(wěn)定氣膜的形成，承載能力好。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:無氣管擾動(dòng)影響、穩(wěn)定性好、恒力輸出精度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是長(zhǎng)距離恒力輸出氣浮裝置示意圖
[0021]圖2是連桿活塞示意圖
[0022]圖3是連桿活塞A-A截面示意圖【具體實(shí)施方式】
[0023]結(jié)合圖1?3，長(zhǎng)距離恒力輸出氣浮裝置，包括輸出氣缸和跟隨系統(tǒng)；所述輸出氣缸包括缸筒1、連桿活塞2、端蓋29、氣浮墊12 ;所述跟隨系統(tǒng)包括直線導(dǎo)軌15、滑塊13、固定板14、連接支架6、電機(jī)18、滾珠絲杠16、激光位移傳感器9、反光板8。
[0024]所述連桿活塞2套裝在缸筒I內(nèi)，所述缸筒I兩端通過端蓋29密封；所述缸筒I中部開有軸向凹槽。所述連接支架6穿過軸向凹槽連接連桿活塞2和固定板14，所述固定板14通過滑塊13安裝在直線導(dǎo)軌15上，所述直線導(dǎo)軌15兩端通過支座19支撐，所述電機(jī)18安裝在支座19上且連接滾珠絲杠16，所述滾珠絲杠16通過螺母座連接固定板14。
[0025]所述連桿活塞2包含兩端凸起的第一活塞、第二活塞和中間的活塞桿，所述第一活塞、第二活塞與缸筒I間留有極小的間隙，所述連接支架6與活塞桿中部固接。
[0026]所述氣浮墊12有兩個(gè)，所述氣浮墊12內(nèi)表面為半圓型，所述氣浮墊12通過氣浮墊座10與固定板14連接，所述氣浮墊座10上設(shè)有氣浮進(jìn)氣口 28，所氣浮墊12內(nèi)表面與缸筒I外表面間留有極小間隙，所述氣浮墊12可通過調(diào)節(jié)旋鈕11調(diào)節(jié)其與缸筒I外表面之間間隙的大小。
[0027]所述激光位移傳感器9安裝在固定板14上，所述反光板8安裝在端蓋29上，所述激光位移傳感器9與反光板8位置相對(duì)。
[0028]所述連桿活塞中心有軸向通孔形成第一氣浮進(jìn)氣孔5，所述第一氣浮進(jìn)氣孔5兩端通過密封塞26密封；沿連桿活塞2兩端分別打軸向盲孔形成第一進(jìn)氣孔22和第二進(jìn)氣孔25，所述第一進(jìn)氣孔22、第二進(jìn)氣孔25、第一氣浮進(jìn)氣孔5之間相互隔離；所述連接支架
6中心開有第二氣浮進(jìn)氣孔7，所述第二氣浮進(jìn)氣孔7通過活塞桿中心的第一徑向通孔27與第一氣浮進(jìn)氣孔5相通，所述第一進(jìn)氣孔22和第二進(jìn)氣孔25分別通過活塞桿中心的第二徑向通孔24和第三徑向通孔23連接比例閥和儲(chǔ)氣罐；所述第二氣浮進(jìn)氣孔7和氣浮墊座上的氣浮進(jìn)氣口 28通過氣管連接儲(chǔ)氣罐。
[0029]所述第一活塞和第二活塞上沿圓周均布徑向節(jié)流孔4，所述徑向節(jié)流孔4與第一氣浮進(jìn)氣孔5相通，所述徑向節(jié)流孔4內(nèi)安裝節(jié)流塞；所述第一活塞和第二活塞靠近端面處分別設(shè)有一圈凹槽3，所述凹槽3內(nèi)均布徑向盲孔形成第一卸氣孔20，從活塞桿一端分別向第一活塞和第二活塞打軸向盲孔形成第二卸氣孔21，所述第一卸氣孔20與第二卸氣孔21相通；所述徑向節(jié)流孔4沿軸向方向至少有兩組；所述徑向節(jié)流孔4與第一卸氣孔20、第二卸氣孔21間相互隔離。
【權(quán)利要求】
1.長(zhǎng)距離恒力輸出氣浮裝置，其特征在于:包括輸出氣缸和跟隨系統(tǒng)；所述輸出氣缸包括缸筒、連桿活塞、端蓋、氣浮墊；所述跟隨系統(tǒng)包括直線導(dǎo)軌、滑塊、固定板、連接支架、電機(jī)、激光位移傳感器、反光板； 所述連桿活塞套裝在缸筒內(nèi)，所述缸筒兩端通過端蓋密封；所述缸筒中部開有軸向凹槽；所述連接支架穿過軸向凹槽連接連桿活塞和固定板，所述固定板通過滑塊安裝在直線導(dǎo)軌上，所述電機(jī)可驅(qū)動(dòng)滑塊移動(dòng)； 所述連桿活塞包含兩端凸起的第一活塞、第二活塞和中間的活塞桿，所述第一活塞、第二活塞與缸筒間留有極小的間隙，所述連接支架與活塞桿中部固接； 所述氣浮墊有兩個(gè)，所述氣浮墊內(nèi)表面為半圓型，所述氣浮墊通過氣浮墊座與固定板連接，所述氣浮墊座上設(shè)有氣浮進(jìn)氣口，所氣浮墊內(nèi)表面與缸筒外表面間留有極小間隙，所述氣浮墊可通過調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)其與缸筒外表面之間間隙的大??； 所述激光位移傳感器安裝在固定板上，所述反光板安裝在端蓋上，所述激光位移傳感器與反光板位置相對(duì)； 所述連桿活塞中心有軸向通孔形成第一氣浮進(jìn)氣孔，所述第一氣浮進(jìn)氣孔兩端通過密封塞密封；沿連桿活塞兩端分別打軸向盲孔形成第一進(jìn)氣孔和第二進(jìn)氣孔，所述第一進(jìn)氣孔、第二進(jìn)氣孔、第一氣浮進(jìn)氣孔之間相互隔離；所述連接支架中心開有第二氣浮進(jìn)氣孔，所述第二氣浮進(jìn)氣孔通過活塞桿中心的第一徑向通孔與第一氣浮進(jìn)氣孔相通，所述第一進(jìn)氣孔和第二進(jìn)氣分別通過活塞桿中心的第二徑向通孔和第三徑向通孔連接比例閥和儲(chǔ)氣罐；所述第二氣浮進(jìn)氣孔和氣浮墊座上的氣浮進(jìn)氣口通過氣管連接儲(chǔ)氣罐； 所述第一活塞和第二活塞上沿圓周均布徑向節(jié)流孔，所述徑向節(jié)流孔與第一氣浮進(jìn)氣孔相通，所述徑向節(jié)流孔內(nèi)安裝節(jié)流塞；所述第一活塞和第二活塞靠近端面處分別設(shè)有一圈凹槽，所述凹槽內(nèi)均布徑向盲孔形成第一卸氣孔，從活塞桿一端分別向第一活塞和第二活塞打軸向盲孔形成第二卸氣孔，所述第一卸氣孔與第二卸氣孔相通；所述徑向節(jié)流孔沿軸向方向至少有兩組；所述徑向節(jié)流孔與第一卸氣孔和第二卸氣孔間相互隔離。
【文檔編號(hào)】F15B21/08GK103511366SQ201310494003
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】單曉杭, 鐘和冬 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)