一種長距離無摩擦恒力輸出氣浮裝置制造方法
【專利摘要】一種長距離無摩擦恒力輸出氣浮裝置，包括輸出氣缸和跟隨系統(tǒng)；所述輸出氣缸包括長活塞、缸筒、儲(chǔ)氣套、氣壓壓板，所述跟隨系統(tǒng)系統(tǒng)包括滑塊、直線導(dǎo)軌、電機(jī)、滾珠絲杠、激光傳感器等；所述輸出氣缸通過安裝支架連接跟隨系統(tǒng)；所述長活塞套裝在缸筒內(nèi)，所述儲(chǔ)氣套套裝在缸筒外，所述儲(chǔ)氣套及缸筒的兩端通過端蓋和底座密封，所述安裝支架兩端分別固定端蓋和底座且上表面通過滑塊套裝在直線導(dǎo)軌上，所述直線導(dǎo)軌兩端通過支座支撐，所述電機(jī)安裝在支座上且連接滾珠絲杠，滾珠絲杠通過螺母座連接安裝支架，激光位移傳感器安裝在安裝支架上；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)長距離運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、精度高。
【專利說明】一種長距離無摩擦恒力輸出氣浮裝置
【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、傳感器測量不夠精準(zhǔn)、恒力輸出精度不高、無法實(shí)現(xiàn)長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距離無摩擦恒力輸出氣浮裝置。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種長距離無摩擦恒力輸出氣浮裝置，包括輸出氣缸和跟隨系統(tǒng)；所述輸出氣缸包括長活塞、缸筒、儲(chǔ)氣套、氣壓壓板，所述跟隨系統(tǒng)系統(tǒng)包括滑塊、直線導(dǎo)軌、電機(jī)、滾珠絲杠、激光傳感器、反光板等；所述輸出氣缸通過安裝支架連接跟隨系統(tǒng)。
[0007]所述長活塞套裝在缸筒內(nèi)且與缸筒間存在極小間隙，所述儲(chǔ)氣套套裝在缸筒外，所述儲(chǔ)氣套及缸筒的兩端通過端蓋和底座密封，所述長活塞穿過端蓋，所述安裝支架兩端分別固定端蓋和底座，所述安裝支架上表面通過滑塊套裝在直線導(dǎo)軌上，所述直線導(dǎo)軌兩端通過支座支撐，所述電機(jī)安裝在支座上且連接滾珠絲杠，所述滾珠絲杠通過螺母座連接安裝支架，所述激光位移傳感器安裝在安裝支架的側(cè)面，所述反光板套裝在長活塞的頂端，所述激光位移傳感器與反光板位置相對(duì)。
[0008]所述儲(chǔ)氣套與缸筒間形成相互獨(dú)立的第一儲(chǔ)氣腔和第二儲(chǔ)氣腔。
[0009]所述氣壓壓板套裝在缸筒內(nèi)且與缸筒壁間有間隙，所述氣壓壓板下安裝力傳感器，所述力傳感器固定在底座上，所述底座上開有出氣口。
[0010]所述長活塞中心開有進(jìn)氣通孔和卸氣通孔，所述進(jìn)氣通孔和卸氣通孔間通過密封塞隔離，所述進(jìn)氣通孔在長活塞位于缸筒內(nèi)的一端。
[0011]所述長活塞上沿圓周均布第一徑向節(jié)流孔，所述第一徑向節(jié)流孔與進(jìn)氣通孔相通，所述第一徑向節(jié)流孔沿軸向方向至少有兩組；所述缸筒靠近端蓋的一端沿圓周均布第二徑向節(jié)流孔，所述第二徑向節(jié)流孔與第二儲(chǔ)氣腔相通；所述氣壓壓板上沿圓周均布第三徑向節(jié)流孔，所述第三徑向節(jié)流孔與缸筒內(nèi)腔相通。
[0012]所述第一徑向節(jié)流孔、第二徑向節(jié)流孔和第三徑向節(jié)流孔內(nèi)均安裝有節(jié)流塞。
[0013]所述長活塞上設(shè)有第一卸壓槽，所述第一卸壓槽包含外圓柱面上的第一凹槽、第一凹槽內(nèi)沿圓周均布的徑向盲孔以及與徑向盲孔相通的第一軸向孔；所述第一軸向孔一端通過卸氣通孔內(nèi)的第二凹槽與卸氣通孔相通，所述第一軸向孔的另一端通過堵塊密封；所述外圓柱面上的第一凹槽至少有兩組且位于第一徑向節(jié)流孔的兩側(cè)；所述第一卸壓槽與第一徑向節(jié)流孔之間相互隔離。
[0014]所述缸筒上設(shè)有第二卸壓槽，所述第二卸壓槽包含缸筒內(nèi)圓柱面上的第三凹槽、與第三凹槽相通的第二軸向孔，所述第二軸向孔另一端與端蓋上的通孔相通；所述第三凹槽位于第二徑向節(jié)流孔的下方，所述第二卸壓槽與第二徑向節(jié)流孔之間相互隔離。
[0015]所述缸筒靠近氣壓壓板的一端沿圓周均布進(jìn)氣口，所述儲(chǔ)氣套上設(shè)有第一進(jìn)氣孔和第二進(jìn)氣孔，所述第一進(jìn)氣孔與第一儲(chǔ)氣腔相通，所述第二進(jìn)氣孔與第二儲(chǔ)氣腔相通。所述第一進(jìn)氣孔和第二進(jìn)氣孔分別通過氣管與比例閥連接。
[0016]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是:為了實(shí)現(xiàn)長距離的恒力輸出，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)長距離運(yùn)動(dòng)。
[0017]長活塞與缸筒間通過氣體潤滑，不存在摩擦力影響，且長活塞橫截面積一定，因此只要保證通入缸筒內(nèi)的氣體氣壓保持恒定，則長活塞上輸出的力值保持恒定。輸出氣缸通過安裝支架連接跟隨系統(tǒng)，跟隨系統(tǒng)通過安裝支架可帶動(dòng)缸筒隨動(dòng)，安裝支架上安裝有激光位移傳感器，激光位移傳感器可測量出缸筒的位移，然后將信息反饋給跟隨系統(tǒng)，控制缸筒運(yùn)動(dòng)相應(yīng)的距離，使得長活塞始終在缸筒的有效行程內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)長距離的恒力輸出，
[0018]在缸筒外增加一個(gè)儲(chǔ)氣套，儲(chǔ)氣套與缸筒間形成兩個(gè)儲(chǔ)氣腔，第一儲(chǔ)氣腔與缸筒進(jìn)氣腔相通，相當(dāng)于增大了缸筒進(jìn)氣腔的容積，長活塞運(yùn)動(dòng)引起的容積變化對(duì)氣壓突變的影響較小，另一方面，利用跟隨系統(tǒng)控制缸筒隨動(dòng)，減小了因長活塞運(yùn)動(dòng)引起缸筒腔體體積的突變，進(jìn)一步提高了恒力輸出的精度。
[0019]第二儲(chǔ)氣腔為缸筒上的第二徑向節(jié)流孔供氣，保證缸筒與長活塞間形成穩(wěn)定的氣膜；兩個(gè)個(gè)儲(chǔ)氣腔通過比例閥單獨(dú)供氣，不相互影響，提高了恒力輸出的精度及穩(wěn)定性。
[0020]缸筒底座上安裝力傳感器和氣壓壓板，氣壓壓板上設(shè)有第三徑向節(jié)流孔，通過活塞內(nèi)腔自身氣體供氣，氣壓壓板與缸筒間形成氣體潤滑，不存在摩擦力，因?yàn)樽饔迷诨钊锥说牧εc作用在氣壓壓板上的力相等，所以通過力傳感器可以測量出活塞輸出的力值大小，通過比例閥調(diào)整儲(chǔ)氣腔內(nèi)氣壓的大小，精確控制輸出的力值且操作方便。
[0021]活塞為一個(gè)圓柱體，位于缸筒外的一端為輸出端，位于缸筒內(nèi)的一端上有第一徑向節(jié)流孔，缸筒內(nèi)的高壓氣體通過第一徑向節(jié)流孔在活塞與缸筒間形成氣膜，缸筒上端有第二徑向節(jié)流孔，采用第二儲(chǔ)氣腔內(nèi)的高壓氣體供氣，在缸筒與活塞的間隙形成氣膜，兩處氣膜為活塞提供支撐和潤滑，結(jié)構(gòu)及供氣方式簡單、承載能力好。
[0022]徑向節(jié)流孔附近均設(shè)有卸壓槽，卸壓槽與外界常壓相通，一方面防止缸筒內(nèi)高壓氣體進(jìn)入氣浮間隙對(duì)氣膜產(chǎn)生影響，起到密封作用，另一方面在間隙內(nèi)形成常壓區(qū)，促進(jìn)氣膜的形成。
[0023]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、精度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是一種長距離無摩擦恒力輸出氣浮裝置示意圖
[0025]圖2是長活塞示意圖
[0026]圖3是缸筒示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0027]結(jié)合圖1?圖3，一種長距離無摩擦恒力輸出氣浮裝置，包括輸出氣缸和跟隨系統(tǒng)；輸出氣缸包括長活塞1、缸筒7、儲(chǔ)氣套8、氣壓壓板17，跟隨系統(tǒng)包括滑塊31、直線導(dǎo)軌34、電機(jī)36、滾珠絲杠33、激光傳感器28、反光板29等；輸出氣缸通過安裝支架30連接跟隨系統(tǒng)。
[0028]長活塞I套裝在缸筒7內(nèi)且與缸筒7間存在極小間隙，儲(chǔ)氣套8套裝在缸筒外，端蓋3和底座14通過螺栓2套裝在儲(chǔ)氣套8及缸筒7的兩端，長活塞I穿過端蓋3。
[0029]安裝支架30兩端分別固定端蓋3和底座14，安裝支架30上表面通過滑塊31套裝在直線導(dǎo)軌34上，直線導(dǎo)軌34兩端通過支座35支撐，電機(jī)36安裝在支座35上且連接滾珠絲杠33，滾珠絲杠33通過螺母座32連接安裝支架30，激光位移傳感器28安裝在安裝支架30的側(cè)面，反光板29套裝在長活塞I的頂端，激光位移傳感器28與反光板29位置相對(duì)。
[0030]儲(chǔ)氣套8與缸筒7間形成相互獨(dú)立的第一儲(chǔ)氣腔19和第二儲(chǔ)氣腔22。儲(chǔ)氣套8上設(shè)有第一進(jìn)氣孔12和第二進(jìn)氣孔5,第一進(jìn)氣孔12與第一儲(chǔ)氣腔19相通,第二進(jìn)氣孔5與第二儲(chǔ)氣腔22相通。第一進(jìn)氣孔12和第二進(jìn)氣孔5分別通過氣管13與比例閥6連接。
[0031]氣壓壓板17套裝在缸筒7內(nèi)且與缸筒壁間有間隙，氣壓壓板17下安裝力傳感器16，力傳感器16固定在底座14上，底座14上開有出氣口 15。氣壓壓板17上沿圓周均布第三徑向節(jié)流孔28，第三徑向節(jié)流孔28通過軸向盲孔29與缸筒內(nèi)腔相通，第三徑向節(jié)流孔28內(nèi)安裝有節(jié)流塞。
[0032]長活塞I中心開有進(jìn)氣通孔24和卸氣通孔26，進(jìn)氣通孔24和卸氣通孔26間通過密封塞9隔離，進(jìn)氣通孔24在長活塞I位于缸筒7內(nèi)的一端；長活塞I上沿圓周均布第一徑向節(jié)流孔10,第一徑向節(jié)流孔10與進(jìn)氣通孔24相通,第一徑向節(jié)流孔10沿軸向方向有兩組，第一徑向節(jié)流孔10內(nèi)安裝有節(jié)流塞；長活塞I上設(shè)有第一卸壓槽，第一卸壓槽包含外圓柱面上的第一凹槽18、第一凹槽18內(nèi)沿圓周均布的徑向盲孔23以及與徑向盲孔23相通的第一軸向孔25 ;第一軸向孔25 —端通過卸氣通孔26內(nèi)的第二凹槽20與卸氣通孔26相通，第一軸向孔25的另一端通過堵塊30密封；第一凹槽18有兩組且位于第一徑向節(jié)流孔10的兩側(cè)；第一卸壓槽與第一徑向節(jié)流孔10之間相互隔離。
[0033]缸筒7靠近端蓋3的一端沿圓周均布第二徑向節(jié)流孔4，第二徑向節(jié)流孔4與第二儲(chǔ)氣腔22相通，第二徑向節(jié)流孔4沿軸向方向有兩組，第二徑向節(jié)流孔4內(nèi)安裝有節(jié)流塞；缸筒7上設(shè)有第二卸壓槽，第二卸壓槽包含缸筒內(nèi)圓柱面上的第三凹槽21、與第三凹槽21相通的第二軸向孔27，所述第二軸向孔27另一端與端蓋3上的通孔相通；第三凹槽21位于第二徑向節(jié)流孔4的下方，第二卸壓槽與第二徑向節(jié)流孔4之間相互隔離；缸筒7靠近氣壓壓板17的一端沿圓周均布進(jìn)氣口 11。
【權(quán)利要求】
1.一種長距離無摩擦恒力輸出氣浮裝置，其特征在于:包括輸出氣缸和跟隨系統(tǒng)；所述輸出氣缸包括長活塞、缸筒、儲(chǔ)氣套、氣壓壓板，所述跟隨系統(tǒng)系統(tǒng)包括滑塊、直線導(dǎo)軌、電機(jī)、滾珠絲杠、激光傳感器、反光板等；所述輸出氣缸通過安裝支架連接跟隨系統(tǒng)； 所述長活塞套裝在缸筒內(nèi)且與缸筒間存在極小間隙，所述儲(chǔ)氣套套裝在缸筒外，所述儲(chǔ)氣套及缸筒的兩端通過端蓋和底座密封，所述長活塞穿過端蓋，所述安裝支架兩端分別固定端蓋和底座，所述安裝支架上表面通過滑塊套裝在直線導(dǎo)軌上，所述直線導(dǎo)軌兩端通過支座支撐，所述電機(jī)安裝在支座上且連接滾珠絲杠，所述滾珠絲杠通過螺母座連接安裝支架，所述激光位移傳感器安裝在安裝支架的側(cè)面，所述反光板套裝在長活塞的頂端，所述激光位移傳感器與反光板位置相對(duì)； 所述儲(chǔ)氣套與缸筒間形成相互獨(dú)立的第一儲(chǔ)氣腔和第二儲(chǔ)氣腔； 所述氣壓壓板套裝在缸筒內(nèi)且與缸筒壁間有間隙，所述氣壓壓板下安裝力傳感器，所述力傳感器固定在底座上，所述底座上開有出氣口 ； 所述長活塞中心開有進(jìn)氣通孔和卸氣通孔，所述進(jìn)氣通孔和卸氣通孔間通過密封塞隔離，所述進(jìn)氣通孔在長活塞位于缸筒內(nèi)的一端； 所述長活塞上沿圓周均布第一徑向節(jié)流孔，所述第一徑向節(jié)流孔與進(jìn)氣通孔相通，所述第一徑向節(jié)流孔沿軸向方向至少有兩組；所述缸筒靠近端蓋的一端沿圓周均布第二徑向節(jié)流孔，所述第二徑向節(jié)流孔與第二儲(chǔ)氣腔相通；所述氣壓壓板上沿圓周均布第三徑向節(jié)流孔，所述第三徑向節(jié)流孔與缸筒內(nèi)腔相通； 所述第一徑向節(jié)流孔、第二徑向節(jié)流孔和第三徑向節(jié)流孔內(nèi)均安裝有節(jié)流塞； 所述長活塞上設(shè)有第一卸壓槽，所述第一卸壓槽包含外圓柱面上的第一凹槽、第一凹槽內(nèi)沿圓周均布的徑向盲孔以及與徑向盲孔相通的第一軸向孔；所述第一軸向孔一端通過卸氣通孔內(nèi)的第二凹槽與卸氣通孔相通，所述第一軸向孔的另一端通過堵塊密封；所述外圓柱面上的第一凹槽至少有兩組且位于第一徑向節(jié)流孔的兩側(cè)；所述第一卸壓槽與第一徑向節(jié)流孔之間相互隔離； 所述缸筒上設(shè)有第二卸壓槽，所述第二卸壓槽包含缸筒內(nèi)圓柱面上的第三凹槽、與第三凹槽相通的第二軸向孔，所述第二軸向孔另一端與端蓋上的通孔相通；所述第三凹槽位于第二徑向節(jié)流孔的下方，所述第二卸壓槽與第二徑向節(jié)流孔之間相互隔離； 所述缸筒靠近氣壓壓板的一端沿圓周均布進(jìn)氣口，所述儲(chǔ)氣套上設(shè)有第一進(jìn)氣孔和第二進(jìn)氣孔，所述第一進(jìn)氣孔與第一儲(chǔ)氣腔相通，所述第二進(jìn)氣孔與第二儲(chǔ)氣腔相通；所述第一進(jìn)氣孔和第二進(jìn)氣孔分別通過氣管與比例閥連接。
【文檔編號(hào)】F15B9/02GK103527532SQ201310493656
【公開日】2014年1月22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】孫建輝, 鐘和冬 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)