抗偏载伺服油缸的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及伺服油缸，特别是能承受一定的径向载荷且能保证活塞杆与缸套 内孔不发生金属摩擦的抗偏载伺服油缸。
【背景技术】
[0002] 伺服液压缸作为一个完整的自动控制装置，要求其有较高的响应频率、较高的行 走精度，、较长的使用寿命等特性。与液压伺服系统(有伺服阀或比例阀)、位移传感器、控制 软件等组成开式或闭式液压伺服控制系统。而伺服液压缸是其中的一个重要液压元件。
[0003] 普通液压缸的组成基本上由缸筒和缸套、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排 气装置五部分组成。
[0004] 伺服液压缸与普通液压缸相比，基本组成一样，但由于伺服液压缸的位置、速度是 由液压伺服系统控制的，伺服液压缸一般不需要缓冲装置。
[0005] 为保证伺服液压缸有较高的响应频率、行走精度高，，使用寿命又较长，其零件的 加工精度较高，例如缸筒内孔的尺寸精度、行为精度要求都高，一般都要求达到体IT7-IT6。 同时普通液压缸还无法承受径向载荷，而径向载荷对伺服液压缸来说又是不可避免的。原 因是零件加工一定存在误差，同时伺服液压缸在行走过程中不断改变速度，加速度较大，在 很多场合瞬间加速度超过3g，一旦活塞杆上销轴的自位轴承来不及调整位置就会产生偏 载，一有偏载就会产生径向载荷。
【发明内容】
[0006] 本实用新型的目的是提供一种能承受一定的径向载荷且能保证活塞杆与缸套内 孔、活塞与缸筒内孔不发生金属摩擦的抗偏载伺服油缸。
[0007] 本实用新型的技术解决方案是抗偏载伺服油缸包括缸筒、活塞、活塞杆，所述活塞 是内静压轴承体，该内静压轴承体固置于活塞杆的内端部，在缸筒的开口端固置有外静压 轴承体，内静压轴承体与缸筒内孔组成内静压轴承，外静压轴承体与活塞杆外表面组成外 静压轴承。
[0008] 以上所述的内静压轴体和外静压轴承体上分别设有节流器，所述节流器是固定节 流器或者是反馈节流器。
[0009] 以上所述固定节流器可以是小孔节流器、毛细管节流器或者是间隙节流器。
[0010] 以上所述反馈节流器可以是滑阀反馈节流器或者是薄膜反馈节流器。
[0011] 本实用新型的缸筒的开口端固置有圆筒形缸套，阶梯圆筒形外静压轴承体设在缸 套与活塞杆之间并固置在缸套上。
[0012] 本实用新型的优点是抗偏载伺服油缸既有较高的响应频率又有较高的行走精度， 同时又能承受一定的径向载荷，保证活塞杆与缸套内孔不发生金属摩擦。抗偏载伺服液压 缸还能提高橡塑密封圈的使用寿命。
【附图说明】
[0013] 图1是本实用新型的构造示意图；
[0014] 图2是本实用新型的外静压轴承构造示意图；
[0015] 图3是图1中沿C - C剖视图；
[0016] 图4是本实用新型的活塞杆的受力之一原理示意图；
[0017] 图5是本实用新型的活塞杆的受力之二原理示意图。
【具体实施方式】
[0018] 如图1、图2、图3所不，抗偏载何服油缸包括缸同1、活塞、活塞杆3,所述活塞是内 静压轴承体2,该内静压轴承体2用螺母16固定安装在活塞杆3的内端部，在缸筒1的开 口端固定安装有外静压轴承体4,内静压轴承体2与缸筒1内孔组成内静压轴承，外静压轴 承体4与活塞杆3外表面组成外静压轴承。
[0019] 在外静压轴承体4上沿周向加工有四个油腔，在内静压轴承体2上沿周向加工有 两排共八个油腔。每个油腔相对应的轴承体上的进油孔内安装有一个节流器5,节流器5是 固定节流器，也可以用反馈节流器。
[0020] 本实用新型所用固定节流器5是小孔节流器，也可以用毛细管节流器或者是间隙 节流器。
[0021] 本实用新型的节流器5也可用滑阀反馈节流器或者薄膜反馈节流器。
[0022] 本实用新型的缸筒1的开口端固定安装有圆筒形缸套6,阶梯圆筒形外静压轴承 体4安装在缸套6与活塞杆3之间并用螺栓14固定安装在缸套6上。
[0023] 在活塞杆3的杆体内沿其轴向加工有输油孔7和回油孔8,所述输油孔7和回油孔 8的一端分别与内静压轴承体2的进油孔和回油孔连接。所述输油孔7和回油孔8的另一 端分别与活塞杆3外端上的进油接头9和回油接头10连接。
[0024] 在外静压轴承体4的外端部加工有进油孔，在其内侧加工有回油孔。在外静压轴 承体4的外端部固定安装有接头体15。外静压轴承体4上的进油孔与固定安装在接头体 15上的进油接头11连接，所述回油孔与缸套6上的回油接头12连接。
[0025] 在缸套6上和缸筒1的封闭端分别安装有与缸筒1内孔连接的液压油接头13。
[0026] 在缸筒1的两端部分别安装有自位轴承17。进油接头9和进油接头11的进油口 分别与减压阀连接。
[0027] 从油缸的供油系统经减压阀，减压阀出口压力调至Ps，4个油腔对称设计，节流器 5相同，采用固定节流(例如小孔节流器、毛细管节流器、间隙节流器等)，也可以采用反馈节 流器(滑阀反馈节流器、薄膜反馈节流器等)。压力油经过节流器5产生压力降ΔΡ，进入油 腔，在油腔形成油腔压力Pr，经油腔的封油边的间隙流入回油通道，返回液压油箱。因此下 式成立：
[0029] 粘性液压油流过节流器5会产生压力降Δ Ρ，Δ P的大小与流过节流器的流量有 关，一般来说流过节流器5的流量越大，△ P越大；流过节流器5的流量越小，△ P越小。
[0030] 粘性液压油流过平行平板间隙的流量与间隙的3次方成正比。油腔的封油边的间 隙就可以视为平行平板间隙。
[0031] 如图2所示，当油缸受偏载影响受到径向载荷作用，活塞杆3向下偏移，使油腔1 的封油边的间隙发生变化A h，由ho减到ho- Δ h，从油腔1流到回油通道的流量就会减小， 流经节流器5的流量也就减小，因此Δ hi也就减小，Prl就升高。同样分析Pr3就降低， (Prl-Pr3)乘以油腔的有效承载面积就形成径向作用力。使活塞杆3仍然处在油膜包围之 中而不产生金属摩擦。
[0032] 由于活塞杆3、活塞都处在油膜包围中行走，而油膜又可以抵消一部分零件的加工 误差，因此活塞杆3、活塞的行走精度得到提高。
[0033] 抗偏载伺服液压缸的理论计算
[0034] 1、抗偏载伺服液压缸行走到最左边的状态，如图4所示
[0035] 我们假设条件如下：
[0036] 1. 1液压缸的最大负载W=200000N
[0037] 1. 2 最大偏心距 L=0. 5mm
[0038] 1. 3 Μ =1 21 2mm 1,2=1 75mm
[0039] 由于偏载造成的活塞杆3必须承受的弯矩吣可由下式给出：
[0041] 活塞杆3的受力情况如图5所示
[0043] 在此径向力匕的作用下活塞杆3向一边移动，很容易造成密封件损坏。甚至活塞 杆3与外静压轴承体4内孔出现金属摩擦。
[0044] 本实用新型的伺服液压缸的油膜如果能够承受此径向力，则活塞杆3就不会向一 边移动。下面计算油膜刚度：
[0045] 活塞杆 3 直径 D D=80mm 半径 R =40mm = 4cm
[0046] 宽度 B B= D/l. 5 = 60mm =6cm
[0047] 轴向封油边 Q Q =10mm = 1cm
[0048] 周向封油边 h b1 = 5. 48mm =0. 548cm
[0049] 油腔包角 2 Θ i 2 θ 1=70。θ 1= 35°
[0050] 油腔轴向长度 L L =60-2X10 mm =4cm
[0051] 油腔深度 t t=3mm=0. 3cm
[0052] 回油槽 宽 X 深=3mmX3mm=0· 3cmX0. 3cm
[0053] 半径间隙 h。 h0=0. 05mm=0. 005cm 属预定
[0054] 小孔节流的最佳节流比β β =1. 71
[0055] 采用黏度为40厘沱的液压油：
[0056] η 50.c =20 X 10 8kg*s/cm2 p 50.c =8. 36 X 10 7kg*s2/cm4
[0057] 减压阀出口压力Ps Ps=2. 5MPa
[0058] 从油腔的封油边流出的流量Qr
[0060] 流过节流小孔的流量Qf
[0062] 从油腔的封油边流出的流量化与流过节流小孔的流量Q f相等
[0065] 5:求小孔直径 d。 h〇 = 0. 005cm
[0067] 计算油膜刚度
[0068] 油腔的有效承载面积Ae
[0069] Ae=2R (L+C!) sin ( Θ 彳 Θ 2) /2
[0070] 式中θι油腔包角的一半
[0071] Θ 2油腔中线到周向回油槽的边的夹角
[0072] 本计算 θ 2=42· 85°
[0073] ( Θ 彳 Θ 2)/2= (35° +42. 85° )/2=38. 925°
[0074] 油腔轴向长度 L = 60 - 10 X 2 = 40 = 4cm
[0075] Ae=2X4X (4+1) Xsin38. 925° =25. 132cm2
[0076] (2)油膜刚度J
[0077] 如图2所示的机构设计的油膜刚度J可由下式给出：
[0079] J=212N/ μπι
[0080] 如果供油压力提高到5MPa则油膜刚度J=424N/ μ m
[0081] 因此活塞杆3只要移动2 μπι就足够承受因偏载引起的径向负载。使活塞杆3始 终在缸筒内孔的中心线附近运行，最大偏离不会超过2 μπι。
[0082] 液压缸使用的橡塑密封圈有一个很常见的失效现象，就是当活塞或活塞杆3的间 隙超过一定值称为挤出间隙后，在液压油的压力作用下橡塑密封圈会被挤到间隙里去，造 成橡塑密封圈损坏失效。活塞杆3或活塞在设计制造时都保证了间隙不会超过挤出间隙， 但受偏载引起的径向力的作用，活塞杆3或活塞会被移动至一边，使另一边的间隙变大，很 容易超过挤出间隙。密封件的使用寿命大大降低。抗偏载伺服液压缸能够保证活塞杆3或 活塞运行在中心线附近，能够提高橡塑密封圈的使用寿命，液压缸的使用寿命也大大提高。
【主权项】
1. 抗偏载伺服油缸，包括缸筒、活塞、活塞杆，其特征是所述活塞是内静压轴承体，该 内静压轴承体固置于活塞杆的内端部，在缸筒的开口端固置有外静压轴承体，内静压轴承 体与缸筒内孔组成内静压轴承，外静压轴承体与活塞杆外表面组成外静压轴承。2. 如权利要求1所述的抗偏载伺服油缸，其特征是在内静压轴体和外静压轴承体上分 别设有节流器，所述节流器是固定节流器或者是反馈节流器。3. 如权利要求2所述的抗偏载伺服油缸，其特征是所述固定节流器是小孔节流器、毛 细管节流器，或者是间隙节流器。4. 如权利要求2所述的抗偏载伺服油缸，其特征是所述反馈节流器是滑阀反馈节流器 或者是薄膜反馈节流器。5. 如权利要求1所述的抗偏载伺服油缸，其特征是在缸筒的开口端固置有圆筒形缸 套，阶梯圆筒形外静压轴承体设在缸套与活塞杆之间并固置在缸套上。
【专利摘要】本实用新型涉及抗偏载伺服油缸，抗偏载伺服油缸包括缸筒、活塞、活塞杆，其特别之处是所述活塞是内静压轴承体,该内静压轴承体固置于活塞杆的内端部，在缸筒的开口端固置有外静压轴承体，内静压轴承体与缸筒内孔组成内静压轴承，外静压轴承体与活塞杆外表面组成外静压轴承。本实用新型既有较高的响应频率又有较高的行走精度，同时又能承受一定的径向载荷，保证活塞杆与缸套内孔不发生金属摩擦。
【IPC分类】F15B15/14
【公开号】CN205001281
【申请号】CN201520673971
【发明人】张响芝
【申请人】张响芝
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年9月2日