一种带气缸补偿的恒力输出气浮装置制造方法
【专利摘要】一种带气缸补偿的恒力输出气浮装置，包括输出气缸、补偿气缸；所述输出气缸包括第一连杆活塞、第一缸筒、储气套，气浮套，所述补偿气缸包括第二连杆活塞、第二缸筒；所述输出气缸和补偿气缸均通过连接支架与固定板连接，所述第一连杆活塞由长杆、短杆和中间活塞组成，所述第一连杆活塞的长杆与第二连杆活塞通过浮动接头和连接杆连接，所述第一连杆活塞和第二连杆活塞的轴心在同一直线上，所述第一缸筒内径远大于第二缸筒内径；本发明增加了补偿气缸和储气罐，大储气罐与输出气缸相通，始终保持大储气罐内压力恒定，当输出气缸内气压由于容积变化产生改变时，通过差压传感器测量变化值，然后反馈给补偿气缸进行补偿，可实现高精度的恒力输出。
【专利说明】一种带气缸补偿的恒力输出气浮装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及恒力输出装置。
【背景技术】
[0002]根据其不同的应用环境及应用要求，恒力输出有多种结构和实现方法。动态恒力输出是指将一个恒定的力值加载在动态运动的目标工件上。
[0003]通过砝码与目标工件吊挂是最为简单和常用的施加恒力的方法，由于砝码质量恒定，所以作用在目标工件上的力保持不变，但是当目标工件做加速或减速运动时，砝码会因自身惯性力的影响而产生一个作用在目标工件上的附加力，且砝码质量越大影响越大，因此这种方法只适用于目标工件低速或匀速运动的场合。力矩电机、液压气缸等也常被应用于恒力输出领域。如专利申请号为201120495617.7的“恒力输出的液压装置”就公布了一种通过PLC控制器、电磁比例阀、压力传感器输出精确力值的液压装置，但是此装置中压力传感器安装在液压装置的输出端，压力传感器处于运动状态，因此会影响测量值的精确度。气浮无摩擦气缸在实现超精密恒力输出控制、微压动作控制中得到广泛应用，活塞与缸筒间通过气体润滑不存在摩擦力，因此作用在活塞上的力与活塞的横截面积和缸筒内的气压大小有关；专利申请号为201110072339.9的“带有气浮轴承的无摩擦气缸”公布了一种气浮无摩擦气缸，由于其活塞杆上连接进气管道，会对输出的力值产生影响；再者气体的响应速度慢，缸筒内活塞运动产生的体积变化会导致气压瞬变，引起输出恒力的波动，因此，气浮无摩擦气缸一般用来实现动作输出，恒压控制比较困难，难以保证输出力值的恒定。
【发明内容】
[0004]针对现有恒力输出装置中输出力值难以保持恒定、传感器测量不够精准、微小恒力难以控制等问题，本发明提供一种不受气管扰动影响、带气缸补偿、输出力值精确、稳定性好的恒力输出气浮装置。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]一种带气缸补偿的恒力输出气浮装置，包括输出气缸、补偿气缸；所述输出气缸包括第一连杆活塞、第一缸筒、储气套，气浮套，其中，所述气浮套包含第一气浮套、第二气浮套和第三气浮套；所述补偿气缸包括第二连杆活塞、第二缸筒；所述输出气缸和补偿气缸均通过连接支架与固定板连接，所述输出气缸内的第一连杆活塞和补偿气缸内的第二连杆活塞的轴心在同一直线上。
[0007]所述第一气浮套套装在储气套内，所述储气套与第一缸筒端面固接，所述第二气浮套套装在储气套的上端，所述第三气浮套套装在第一缸筒的下端；所述第一连杆活塞由长杆、短杆和中间活塞组成，所述中间活塞套装在第一缸筒内，所述中间活塞的活塞壁与第一缸筒之间留有极小的间隙，所述长杆穿过第一气浮套、第二气浮套且和第一气浮套、第二气浮套内壁间留有极小的间隙，所述短杆端穿过第三气浮套且和第三气浮套内壁间留有极小的间隙，所述第二气浮套和第三气浮套分别与第一连接支架固定。
[0008]所述第二连杆活塞包含活塞和活塞杆，所述活塞套装在第二缸筒内且和第二缸筒内壁之间留有极小的间隙，所述第二缸筒两端分别与第二连接支架固定，所述活塞杆穿过第二连接支架；所述第一连杆活塞的长杆与第二连杆活塞的活塞通过浮动接头和连接杆连接，所述连接杆和活塞杆上均套有气浮轴承，所述气浮轴承与第二连接支架固定。
[0009]所述第一缸筒内径远大于第二缸筒内径。
[0010]所述储气套与长杆之间形成储气腔，所述储气套上设有第一进气口，所述第一进气口与储气腔相通；所述第一缸筒两端分别设有第二进气口、第一出气口和气浮进气口，所述第二进气口通过气管连接差压传感器和大储气罐，所述第二缸筒两端分别设有第三进气口和第四进气口，所述第三进气口和第四进气口分别通过气管连接比例阀和小储气罐。
[0011]所述长杆中心打轴向盲孔形成第一进气孔，所述中间活塞上沿圆周均布第一径向节流孔，所述第一径向节流孔与所述第一进气孔相通，所述第一径向节流孔内套装节流塞，所述第一径向节流孔沿轴向方向至少有两组；所述长杆上开有径向通孔形成第二进气孔，所述第二进气孔与第一进气孔相通，所述第二进气孔位于储气腔内；所述长杆端面套装密封盖。
[0012]所述连杆活塞上设有第一卸压槽，所述第一卸压槽包含中间活塞外圆柱面上的第一凹槽、第一凹槽内均布的第一径向盲孔、短杆内均布的与第一径向盲孔相通的第一轴向盲孔；所述第一凹槽至少有两组且位于第一径向节流孔的两侧；所述第一卸压槽与所述第一节流孔、第一进气孔之间相互隔离。
[0013]所述第一气浮套上均布轴向盲孔形成第二进气孔，所述第二进气孔与储气腔相通，所述第一气浮套沿圆周均布第二径向节流孔，所述第二径向节流孔与所述第二进气孔相通，所述第二径向节流孔内套装节流塞。所述第一气浮套上设有第二卸压槽，所述第二卸压槽包含内圆柱面上的第二凹槽、第二凹槽内的第二径向盲孔和第二径向通孔、与第二径向盲孔和第二径向通孔相通的第二轴向盲孔；所述第二轴向盲孔一端通过密封塞密封，所述第二径向通孔与外界大气相通；所述第二凹槽有两组且位于第二径向节流孔的两侧，所述第二卸压槽与第二径向节流孔之间相互隔离。
[0014]所述第二气浮套上均布轴向盲孔形成第三进气孔，所述第三进气孔与储气腔相通，所述第二气浮套沿圆周均布第三径向节流孔，所述第三径向节流孔与所述第三进气孔相通，所述第三径向节流孔内套装节流塞。所述第二气浮套上设有第三卸压槽，所述第三卸压槽包含内圆柱面上的第三凹槽、第三凹槽内均布的第三径向盲孔、与第三径向盲孔相通的第三轴向盲孔；所述第三凹槽靠近储气腔，所述第三轴向盲孔一端与外界大气相通，所述第三卸压槽与第三径向节流孔之间相互隔离。
[0015]所述第三气浮套外圆柱面上设有第四凹槽，所述第四凹槽与缸筒上的气浮进气口相通，所述第四凹槽内沿圆周均布第四径向节流孔，所述第四径向节流孔内套装节流塞。所述第三气浮套上设有第四卸压槽，所述第四卸压槽包含内圆柱面上的第五凹槽、第五凹槽内均布的第四径向盲孔、与第四径向盲孔相通的第四轴向盲孔，所述第四轴向盲孔一端与外界大气相通，所述第四卸压槽与第四径向节流孔之间相互隔离。
[0016]所述第二连杆活塞的活塞上沿圆周均布第五径向节流孔，所述活塞沿端面打轴向盲孔形成第四进气孔，所述第四进气孔与第五径向节流孔相通，所述第五径向节流孔内套装节流塞，所述第五径向节流孔沿轴向方向至少有两组；所述活塞上设有第五卸压槽，所述第五卸压槽包含活塞外圆柱面上的第六凹槽、第六凹槽内均布的第五径向盲孔、与第五径向盲孔相通的第五轴向盲孔，所述第五轴向盲孔一端通过活塞杆与外界大气相通，所述第五卸压槽与第五径向节流孔之间相互隔离。
[0017]本发明的设计思路表现在:由于活塞横截面积一定，所以只要保证进入到缸筒内腔的气体压力恒定，则可保证输出的力值恒定。但是活塞移动引起腔体容积变化，气体补偿存在一定的滞后性，从而引起气压瞬变，导致输出力波动。因此，本发明增加了补偿气缸和储气罐，大储气罐与输出气缸相通，始终保持大储气罐内压力恒定，当输出气缸内气压由于容积变化产生改变时，通过差压传感器测量变化值，然后反馈给补偿气缸进行补偿；
[0018]输出气缸的第一连杆活塞和补偿气缸的第二连杆活塞通过连接杆连接起来，补偿气缸采用小储气罐单独控制，通过比例阀调整补偿气缸内连杆活塞两侧的压力值大小，通过压力差控制输出相应的补偿力值；补偿气缸的缸筒内径小于输出气缸，气体反应速度较快，提高了补偿的精度；第二连杆活塞的行程与输出气缸行程相同，活塞上设有径向节流孔供气，保证活塞与第二缸筒间形成稳定的气膜，不存在摩擦力，恒力输出更精确；
[0019]连杆活塞由长杆、短杆和中间活塞部分组成，中间活塞与缸筒间形成两个进气腔，连杆活塞长杆外套装有储气套形成储气腔，储气腔内的气体通过长杆上的第一进气孔和第二进气孔进入到连杆活塞内，再通过活塞部分上的第一径向节流孔在活塞壁与缸筒间形成稳定气膜，此种供气方式一方面避免了采用气管供气时的扰动影响，另一方面改变了原有无摩擦气缸米用缸筒自身高压气体供气的方式，活塞与缸筒间的气膜形成更稳定。
[0020]储气套和缸筒之间通过第一气浮套密封，缸筒和储气套两端分别通过第二气浮套和第三气浮套密封。第一气浮套和第二气浮套均采用储气腔内的气体供气。气浮套为活塞提供密封和支撑，供气方式简单，承载能力强。
[0021]径向节流孔附近均设有卸压槽，卸压槽与外界常压相通，一方面防止缸筒内高压气体进入气浮间隙对气膜产生影响，起到密封作用，另一方面在间隙内形成常压区，促进气膜的形成。
[0022]本发明的优点是:可实现恒力输出，稳定性好、精度高。
[0023]说明书附图
[0024]图1是一种带气缸补偿的恒力输出气浮装置示意图
[0025]图2是第一连杆活塞示意图
[0026]图3是第一气浮套示意图
[0027]图4是第二气浮套示意图
[0028]图5是第三气浮套示意图
【具体实施方式】
[0029]结合附图1?5，一种带气缸补偿的恒力输出气浮装置，包括输出气缸、补偿气缸；输出气缸包括第一连杆活塞3、第一缸筒7、储气套13，气浮套，其中，气浮套包含第一气浮套12、第二气浮套17和第三气浮套4 ;补偿气缸包括第二连杆活塞24、第二缸筒23 ;输出气缸和补偿气缸均通过连接支架与固定板I连接，输出气缸内的第一连杆活塞3和补偿气缸内的第二连杆活塞24的轴心在同一直线上。
[0030]第一气浮套12套装在储气套13内，储气套13与第一缸筒7端面固接，第二气浮套17套装在储气套13的上端，第三气浮套4套装在第一缸筒7的下端；第一连杆活塞3由长杆、短杆和中间活塞组成，中间活塞套装在第一缸筒7内，中间活塞的活塞壁与第一缸筒之间留有极小的间隙，长杆穿过第一气浮套12、第二气浮套17且和第一气浮套12、第二气浮套17内壁间留有极小的间隙，短杆端穿过第三气浮套4且和第三气浮套内壁间留有极小的间隙，第二气浮套12和第三气浮套17分别与第一连接支架2固定。
[0031]第二连杆活塞24包含活塞和活塞杆，活塞套装在第二缸筒23内且和第二缸筒内壁之间留有极小的间隙，第二缸筒23两端分别与第二连接支架22固定，活塞杆穿过第二连接支架22 ;第一连杆活塞3的长杆与第二连杆活塞24的活塞通过浮动接头19和连接杆20连接，连接杆20和活塞杆上均套有气浮轴承21，气浮轴承21与第二连接支架22固定。
[0032]第一缸筒7的内径远大于第二缸筒23的内径。
[0033]储气套13与长杆之间形成储气腔16，储气套13上设有第一进气口 15，第一进气口 15与储气腔16相通；第一缸筒7两端分别设有第二进气口 6、第一出气口 11和气浮进气口 5，第二进气口 6通过气管连接差压传感器和大储气罐，第二缸筒23两端分别设有第三进气口 28和第四进气口 47，第三进气口 28和第四进气口 47分别通过气管连接比例阀和小储气罐。
[0034]长杆中心打轴向盲孔形成第一进气孔10，中间活塞上沿圆周均布第一径向节流孔9，第一径向节流孔9与所述第一进气孔10相通,第一径向节流孔9内套装节流塞,第一径向节流孔9沿轴向方向有两组；长杆上开有径向通孔形成第二进气孔14，第二进气孔14与第一进气孔10相通，第二进气孔14位于储气腔16内；长杆端面套装密封盖18。
[0035]连杆活塞3上设有第一卸压槽，第一卸压槽包含中间活塞外圆柱面上的第一凹槽8、第一凹槽8内均布的第一径向盲孔39、短杆内均布的与第一径向盲孔39相通的第一轴向盲孔38 ;第一凹槽8有两组且位于第一径向节流孔9的两侧；第一卸压槽与所述第一节流孔9、第一进气孔10之间相互隔离。
[0036]第一气浮套12上均布轴向盲孔形成第二进气孔33，第二进气孔33与储气腔16相通，第一气浮套12沿圆周均布第二径向节流孔34，第二径向节流孔34与所述第二进气孔33相通，第二径向节流孔34内套装节流塞。第一气浮套12上设有第二卸压槽，第二卸压槽包含内圆柱面上的第二凹槽32、第二凹槽32内的第二径向盲孔48和第二径向通孔44、与第二径向盲孔48和第二径向通孔44相通的第二轴向盲孔43 ;第二轴向盲孔43 —端通过密封塞42密封，第二径向通孔44与外界大气相通；第二凹槽32有两组且位于第二径向节流孔的两侧，第二卸压槽与第二径向节流孔34之间相互隔离。
[0037]第二气浮套17上均布轴向盲孔形成第三进气孔30，第三进气孔30与储气腔16相通，第二气浮套17沿圆周均布第三径向节流孔29，第三径向节流孔29与第三进气孔30相通，第三径向节流孔29内套装节流塞。第二气浮套17上设有第三卸压槽，第三卸压槽包含内圆柱面上的第三凹槽31、第三凹槽31内均布的第三径向盲孔40、与第三径向盲孔40相通的第三轴向盲孔41 ;第三凹槽31靠近储气腔16，第三轴向盲孔41 一端与外界大气相通，第三卸压槽与第三径向节流孔29之间相互隔离。
[0038]第三气浮套4外圆柱面上设有第四凹槽37，第四凹槽37与缸筒上的气浮进气口 5相通，第四凹槽内37沿圆周均布第四径向节流孔36，第四径向节流孔36内套装节流塞。第三气浮套4上设有第四卸压槽，第四卸压槽包含内圆柱面上的第五凹槽35、第五凹槽35内均布的第四径向盲孔45、与第四径向盲孔45相通的第四轴向盲孔46，第四轴向盲孔46 —端与外界大气相通，第四卸压槽与第四径向节流孔36之间相互隔离。
[0039]第二连杆活塞24的活塞上沿圆周均布第五径向节流孔，活塞沿端面打轴向盲孔形成第四进气孔，第四进气孔与第五径向节流孔相通，第五径向节流孔内套装节流塞，第五径向节流孔沿轴向方向至少有两组；活塞上设有第五卸压槽，第五卸压槽包含活塞外圆柱面上的第六凹槽25、第六凹槽25内均布的第五径向盲孔26、与第五径向盲孔26相通的第五轴向盲孔27,第五轴向盲孔27 —端通过活塞杆与外界大气相通,第五卸压槽与第五径向节流孔之间相互隔离。
【权利要求】
1. 一种带气缸补偿的恒力输出气浮装置，其特征在于:包括输出气缸、补偿气缸；所述输出气缸包括第一连杆活塞、第一缸筒、储气套，气浮套，其中，所述气浮套包含第一气浮套、第二气浮套和第三气浮套；所述补偿气缸包括第二连杆活塞、第二缸筒；所述输出气缸和补偿气缸均通过连接支架与固定板连接，所述输出气缸内的第一连杆活塞和补偿气缸内的第二连杆活塞的轴心在同一直线上； 所述第一气浮套套装在储气套内，所述储气套与第一缸筒端面固接，所述第二气浮套套装在储气套的上端，所述第三气浮套套装在第一缸筒的下端；所述第一连杆活塞由长杆、短杆和中间活塞组成，所述中间活塞套装在第一缸筒内，所述中间活塞的活塞壁与第一缸筒之间留有极小的间隙，所述长杆穿过第一气浮套、第二气浮套且和第一气浮套、第二气浮套内壁间留有极小的间隙，所述短杆端穿过第三气浮套且和第三气浮套内壁间留有极小的间隙，所述第二气浮套和第三气浮套分别与第一连接支架固定； 所述第二连杆活塞包含活塞和活塞杆，所述活塞套装在第二缸筒内且和第二缸筒内壁之间留有极小的间隙，所述第二缸筒两端分别与第二连接支架固定，所述活塞杆穿过第二连接支架；所述第一连杆活塞的长杆与第二连杆活塞的活塞通过浮动接头和连接杆连接，所述连接杆和活塞杆上均套有气浮轴承，所述气浮轴承与第二连接支架固定； 所述第一缸筒内径远大于第二缸筒内径； 所述储气套与长杆之间形成储气腔，所述储气套上设有第一进气口，所述第一进气口与储气腔相通；所述第一缸筒两端分别设有第二进气口、第一出气口和气浮进气口，所述第二进气口通过气管连接差压传感器和大储气罐，所述第二缸筒两端分别设有第三进气口和第四进气口，所述第三进气口和第四进气口分别通过气管连接比例阀和小储气罐； 所述长杆中心打轴向盲孔形成第一进气孔，所述中间活塞上沿圆周均布第一径向节流孔，所述第一径向节流孔与所述第一进气孔相通，所述第一径向节流孔内套装节流塞，所述第一径向节流孔沿轴向方向至少有两组；所述长杆上开有径向通孔形成第二进气孔，所述第二进气孔与第一进气孔相通，所述第二进气孔位于储气腔内；所述长杆端面套装密封盖; 所述连杆活塞上设有第一卸压槽，所述第一卸压槽包含中间活塞外圆柱面上的第一凹槽、第一凹槽内均布的第一径向盲孔、短杆内均布的与第一径向盲孔相通的第一轴向盲孔；所述第一凹槽至少有两组且位于第一径向节流孔的两侧；所述第一卸压槽与所述第一节流孔、第一进气孔之间相互隔离； 所述第二连杆活塞的活塞上沿圆周均布第五径向节流孔，所述活塞沿端面打轴向盲孔形成第四进气孔，所述第四进气孔与第五径向节流孔相通，所述第五径向节流孔内套装节流塞，所述第五径向节流孔沿轴向方向至少有两组；所述活塞上设有第五卸压槽，所述第五卸压槽包含活塞外圆柱面上的第六凹槽、第六凹槽内均布的第五径向盲孔、与第五径向盲孔相通的第五轴向盲孔，所述第五轴向盲孔一端通过活塞杆与外界大气相通，所述第五卸压槽与第五径向节流孔之间相互隔离。
2.如权利要求1所述的一种带气缸补偿的恒力输出气浮装置，其特征在于:所述第一气浮套上均布轴向盲孔形成第二进气孔，所述第二进气孔与储气腔相通，所述第一气浮套沿圆周均布第二径向节流孔，所述第二径向节流孔与所述第二进气孔相通，所述第二径向节流孔内套装节流塞。所述第一气浮套上设有第二卸压槽，所述第二卸压槽包含内圆柱面上的第二凹槽、第二凹槽内的第二径向盲孔和第二径向通孔、与第二径向盲孔和第二径向通孔相通的第二轴向盲孔；所述第二轴向盲孔一端通过密封塞密封，所述第二径向通孔与外界大气相通；所述第二凹槽有两组且位于第二径向节流孔的两侧，所述第二卸压槽与第二径向节流孔之间相互隔离； 所述第二气浮套上均布轴向盲孔形成第三进气孔，所述第三进气孔与储气腔相通，所述第二气浮套沿圆周均布第三径向节流孔，所述第三径向节流孔与所述第三进气孔相通，所述第三径向节流孔内套装节流塞；所述第二气浮套上设有第三卸压槽，所述第三卸压槽包含内圆柱面上的第三凹槽、第三凹槽内均布的第三径向盲孔、与第三径向盲孔相通的第三轴向盲孔；所述第三凹槽靠近储气腔，所述第三轴向盲孔一端与外界大气相通，所述第三卸压槽与第三径向节流孔之间相互隔离； 所述第三气浮套外圆柱面上设有第四凹槽，所述第四凹槽与缸筒上的气浮进气口相通，所述第四凹槽内沿圆周均布第四径向节流孔，所述第四径向节流孔内套装节流塞；所述第三气浮套上设有第四卸压槽，所述第四卸压槽包含内圆柱面上的第五凹槽、第五凹槽内均布的第四径向盲孔、与第四径向盲孔相通的第四轴向盲孔，所述第四轴向盲孔一端与外界大气相通，所述第四卸压槽与第四径 向节流孔之间相互隔离。
【文档编号】F15B15/20GK103527560SQ201310492896
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】孙建辉, 周丹锋 申请人:浙江工业大学