專利名稱：帶有氣浮軸承的無(wú)摩擦氣缸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣缸，尤其涉及一種帶有氣浮軸承的無(wú)摩擦氣缸。
背景技術(shù)：
氣缸的摩擦力產(chǎn)生于接觸摩擦，具體為橡膠密封圈與氣缸筒之間的摩擦以及活塞桿與防塵圈之間的摩擦。為了減小摩擦力，一種周知的方法是通過(guò)提高氣缸的加工精度、采用特殊潤(rùn)滑脂以及使用摩擦系數(shù)小的材料來(lái)減小氣缸的摩擦力。這種傳統(tǒng)的低摩氣缸是在普通氣缸的基礎(chǔ)上通過(guò)提高接觸表面的光滑度、改善潤(rùn)滑條件來(lái)降低摩擦力。這種傳統(tǒng)的方法在一定程度上減小了氣缸的摩擦力，但存在加工困難、成本高、維護(hù)困難且壽命短的缺陷。另外一種周知的方法采用了間隙密封和滾珠導(dǎo)向套等新技術(shù)。這種新型低摩擦氣缸通過(guò)采用間隙密封大大降低了活塞桿與端蓋之間的摩擦力，活塞與缸筒之間還應(yīng)用了滾珠導(dǎo)向套，利用滾珠支撐也有效地降低了摩擦力。該新型低摩擦缸在勻速性、高低壓摩擦、 高速以及高頻方面都有所突破，然而也同樣存在一些缺陷，比如對(duì)徑向負(fù)載敏感，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工制造難度大，價(jià)格昂貴。還有一種周知的膜片式低摩擦氣缸。這種是一種采用隔膜囊作密封的執(zhí)行器，不漏氣無(wú)需潤(rùn)滑，摩擦力也小?；钊蜌飧變?nèi)壁之間有一層彼此連接的隔膜囊，兩者之間不產(chǎn)生直接接觸，且活塞桿前端采用直線滾珠軸承，極大地降低了氣缸的摩擦力。雖然這種氣缸有許多優(yōu)勢(shì)，但是由于膜片結(jié)構(gòu)的限制，其氣缸行程一般不是很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶有氣浮軸承的無(wú)摩擦氣缸， 該無(wú)摩擦氣缸不僅解決了現(xiàn)有低摩擦氣缸所具有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工維護(hù)困難、徑向負(fù)載敏感等缺陷，而且還具有大行程、超低摩擦力的特點(diǎn)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種帶有氣浮軸承的無(wú)摩擦氣缸， 該氣缸帶有一個(gè)活塞和一個(gè)內(nèi)部帶有氣流通道的活塞桿，二者通過(guò)一個(gè)帶有球鉸結(jié)構(gòu)的活塞接頭相連，活塞與氣缸筒之間存在一定的間隙，可將壓縮空氣經(jīng)節(jié)流孔提供給所述間隙， 其特征在于，所述活塞桿的前端由氣浮軸承支撐，后端通過(guò)活塞連接頭與活塞相連。進(jìn)一步地，所述活塞是依據(jù)氣浮軸承的原理設(shè)計(jì)的，其內(nèi)中空，周向分布有節(jié)流孔以使活塞內(nèi)腔中的壓縮空氣能夠流向間隙形成高壓氣膜以支撐活塞。進(jìn)一步地，沿活塞周向分布一定數(shù)量的節(jié)流孔，并且均勻分布，節(jié)流孔的末端設(shè)有均壓腔。進(jìn)一步地，沿活塞周向分布的節(jié)流孔在活塞的軸向上有幾排，并且對(duì)稱分布。進(jìn)一步地，連接活塞與活塞桿的活塞接頭是帶有球鉸的，以保證活塞與活塞桿可以存在一定的偏心。進(jìn)一步地，活塞桿是中空的，其內(nèi)部的氣流通道與活塞內(nèi)腔通過(guò)軟管連通。
進(jìn)一步地，壓縮空氣從軸承進(jìn)氣口通入，并經(jīng)過(guò)氣流通道和軟管進(jìn)入活塞內(nèi)腔， 實(shí)現(xiàn)供氣。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明大大降低了氣缸的摩擦力，能實(shí)現(xiàn)較大行程，無(wú)需潤(rùn)滑和密封，能夠承受一定范圍內(nèi)的徑向力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。


圖1是根據(jù)本發(fā)明制成的無(wú)摩擦氣缸的透視圖； 圖2是氣缸可移動(dòng)部分剖面圖3是氣浮軸承局部剖面圖； 圖4是實(shí)例1的活塞截面簡(jiǎn)圖； 圖5是實(shí)例1的活塞氣浮原理圖； 圖6是實(shí)例2的活塞截面簡(jiǎn)圖； 圖7是實(shí)例2的活塞氣浮原理圖； 圖8是活塞桿的截圖剖視圖中，1、氣流通道，2、活塞桿，3、活塞接頭，4、活塞，5、間隙，6、節(jié)流孔，7、氣浮軸承，8、 氣缸筒，9、軟管，10、活塞內(nèi)腔，11、軸承進(jìn)氣口，12、均壓腔，13、氣管接頭，14、氣管接頭，15、 氣缸進(jìn)氣口，16、氣缸進(jìn)氣口，17、氣浮軸承進(jìn)氣口，18、前端蓋，19、后端蓋，20、固定部分， 21、移動(dòng)部分，22、連接桿，23、球鉸，24、擋板，25、后緩沖頭，26、彈性擋圈，27、密封圈，28、緩沖密封圈。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明在普通氣缸的基礎(chǔ)上根據(jù)氣浮軸承的原理設(shè)計(jì)氣缸的活塞部分，使其與氣缸筒內(nèi)壁一起構(gòu)成了一個(gè)靜壓氣浮軸頸軸承，而在活塞桿與氣缸前端蓋的接觸部分同樣用氣浮軸承連接，這樣就實(shí)現(xiàn)了氣缸的可動(dòng)部分與不可動(dòng)部分的非接觸連接，極大的減小了摩擦力。根據(jù)氣浮軸承的原理設(shè)計(jì)的氣缸活塞是通過(guò)分布在活塞周向的節(jié)流孔由活塞內(nèi)部向活塞與氣缸筒之間的微小間隙噴射壓縮空氣，這樣該間隙內(nèi)就形成了一個(gè)高壓的空氣膜使活塞與氣缸筒不發(fā)生接觸。當(dāng)活塞受到一定的徑向力時(shí)，例如是一個(gè)垂直向下的力，活塞在該力的作用下其軸心會(huì)向下偏離氣缸筒的中軸線，活塞與氣缸筒之間的微小間隙也會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)流體力學(xué)的知識(shí)，該間隙下半部分的壓力要高于上半部分的壓力從而使活塞受到一個(gè)向上的合力，直到這個(gè)合力與活塞受到的外力相平衡，活塞的位置趨于穩(wěn)定。根據(jù)這種原理，該氣缸就具有了抵抗徑向負(fù)載的能力。為了避免活塞在受到徑向力時(shí)卡死在氣缸筒中，本發(fā)明在活塞與活塞桿的連接處使用了球鉸連接。球鉸的應(yīng)用允許活塞桿軸心與活塞軸心存在一定的角度，避免了活塞可能卡死在氣缸筒中的缺陷。根據(jù)氣浮軸承的原理設(shè)計(jì)的活塞，其供氣是通過(guò)中空的活塞桿并在活塞桿與活塞的連接處又經(jīng)過(guò)軟管通入活塞內(nèi)部。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將變得更加明
Mo圖1示出了該無(wú)摩擦氣缸的三維透視圖，該無(wú)摩擦氣缸包括固定部分20和移動(dòng)部分21。其中，固定部分20包括前端蓋18、后端蓋19、氣缸筒8以及固定在前端蓋18上的氣浮軸承7，而移動(dòng)部分21則由活塞4、活塞接頭3和中空的活塞桿2組成。固定部分20與移動(dòng)部分21相接觸的部分在活塞4和氣浮軸承7處，而這兩個(gè)地方都是利用氣浮原理實(shí)現(xiàn)支撐的，即相互支撐的兩個(gè)面不直接接觸而是通過(guò)一層空氣薄膜。圖2和圖3分別示出了該無(wú)摩擦氣缸的移動(dòng)部分的剖面圖，活塞接頭3內(nèi)含一個(gè)球鉸接頭，可以在氣缸行程較大的情況下改善由于對(duì)中性不良造成的活塞卡死的情況?；钊?與氣缸筒8之間存在一個(gè)微小間隙5，壓縮氣體在活塞內(nèi)腔10內(nèi)由節(jié)流孔 6噴出，并充滿整個(gè)間隙5，這樣在該間隙5內(nèi)就形成了一個(gè)高壓氣膜，以實(shí)現(xiàn)無(wú)摩擦支撐?；钊?通過(guò)活塞接頭3與中空的活塞桿2連接在一起，而把活塞4上的氣管接頭 13和活塞桿2上的氣管接頭14用軟管9連接起來(lái)就形成了一個(gè)經(jīng)過(guò)中空活塞桿2的氣流通道，通過(guò)該氣流通道把壓縮空氣送至活塞內(nèi)腔10，實(shí)現(xiàn)了氣浮活塞的供氣。在氣缸啟動(dòng)之前要確保軸承進(jìn)氣口 11和氣浮軸承進(jìn)氣口 17已連通氣源，氣浮軸承開(kāi)始工作后方可啟動(dòng)氣缸。圖1 5所示的一個(gè)實(shí)例中，活塞4具有兩排節(jié)流孔12，每排有8個(gè)。如上前所述，氣缸準(zhǔn)備完畢好，先對(duì)軸承進(jìn)氣口 11和氣浮軸承進(jìn)氣口 17供氣，待氣浮軸承7和活塞4 正常工作后方可啟動(dòng)氣缸。當(dāng)氣缸開(kāi)始工作時(shí)，由于幾乎沒(méi)有摩擦力，行程較大，為了避免高速?zèng)_撞損壞氣缸，在氣缸中還設(shè)計(jì)了氣緩沖結(jié)構(gòu)，通過(guò)擋板M和緩沖密封圈觀的作用， 在活塞臨近行程末端的時(shí)候可以利用氣緩沖結(jié)構(gòu)的小孔節(jié)流效應(yīng)使氣缸低壓腔的壓力迅速上升，減緩活塞前行速度，隨著低壓腔的氣體逐漸從節(jié)流小孔中排向出口，活塞到達(dá)行程末端，擋板M也與氣缸前端蓋18接觸，活塞4停止運(yùn)動(dòng)，至此，氣缸就完成了一個(gè)行程的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明所涉及到的氣浮活塞4其結(jié)構(gòu)可具有多種變化。圖6 7所示的是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)例的活塞截面圖和剖面圖。在該實(shí)例中活塞4具有三排節(jié)流孔12，每排有12 個(gè)。盡管已根據(jù)具體的實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，在本發(fā)明的下述權(quán)利要求所限定的范疇內(nèi)仍存在多種變化和修改。上述實(shí)施例用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種帶有氣浮軸承的無(wú)摩擦氣缸，該氣缸帶有一個(gè)活塞(4)和一個(gè)內(nèi)部帶有氣流通道(1)的活塞桿(2)，二者通過(guò)一個(gè)帶有球鉸結(jié)構(gòu)的活塞接頭(3)相連，活塞(4)與氣缸筒 (8)之間存在一定的間隙(5)，可將壓縮空氣經(jīng)節(jié)流孔(6)提供給所述間隙(5)，其特征在于，所述活塞桿(2)的前端由氣浮軸承(7)支撐，后端通過(guò)活塞連接頭(3)與活塞(4)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)摩擦氣缸，其特征在于，所述活塞(4)是依據(jù)氣浮軸承的原理設(shè)計(jì)的，其內(nèi)中空，周向分布有節(jié)流孔(6)以使活塞內(nèi)腔(10)中的壓縮空氣能夠流向間隙 (5)形成高壓氣膜以支撐活塞(4)。
3.如權(quán)利要求2所述的無(wú)摩擦氣缸，其特征在于，沿活塞(4)周向分布一定數(shù)量的節(jié)流孔(6)，并且均勻分布。
4.如權(quán)利要求3所述的無(wú)摩擦氣缸，其特征在于，沿活塞(4)周向分布的節(jié)流孔(6)的末端設(shè)有均壓腔(12)。
5.如權(quán)利要求2所述的無(wú)摩擦氣缸，其特征在于，沿活塞(4)周向分布的節(jié)流孔(6)在活塞(4)的軸向上有幾排，并且對(duì)稱分布。
6.如權(quán)利要求1所述的無(wú)摩擦氣缸，其特征在于，連接活塞(4)與活塞桿(2)的活塞接頭(3)是帶有球鉸的，以保證活塞(4)與活塞桿(2)可以存在一定的偏心。
7.如權(quán)利要求1所述的無(wú)摩擦氣缸，其特征在于，活塞桿(2)是中空的，其內(nèi)部的氣流通道(1)與活塞內(nèi)腔(10)通過(guò)軟管(9)連通。
8.如權(quán)利要求1所述的無(wú)摩擦氣缸，其特征在于，壓縮空氣從軸承進(jìn)氣口(11)通入，并經(jīng)過(guò)氣流通道(1)和軟管(9)進(jìn)入活塞內(nèi)腔(10)，實(shí)現(xiàn)供氣。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種帶有氣浮軸承的無(wú)摩擦氣缸，該無(wú)摩擦氣缸包括一個(gè)與活塞桿相配的氣浮軸承和一個(gè)根據(jù)氣浮原理設(shè)計(jì)的活塞，這兩部分可以實(shí)現(xiàn)氣缸移動(dòng)部分和固定部分的無(wú)摩擦支撐，即在接觸面形成高壓氣膜以隔離相互支撐的兩個(gè)面。該無(wú)摩擦氣缸通過(guò)中空的活塞桿以及軟管為氣缸內(nèi)部的活塞的供氣，并且應(yīng)用了球鉸連接使得該無(wú)摩擦氣缸能夠承受一定的徑向負(fù)載而不發(fā)生活塞卡死在氣缸筒內(nèi)；本發(fā)明大大降低了氣缸的摩擦力，能實(shí)現(xiàn)較大行程，無(wú)需潤(rùn)滑和密封，能夠承受一定范圍內(nèi)的徑向力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。
文檔編號(hào)F15B15/20GK102155465SQ201110072339
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者劉昊, 朱曉, 陶國(guó)良 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)