本發(fā)明涉及一種動力結(jié)構(gòu),特別涉及一種基于空氣互鎖平衡原理的新型動力結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)革命后的技術(shù)發(fā)展，氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電動系統(tǒng)等逐漸取代人力在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重大的作用和意義。而三者各自的優(yōu)缺點決定其主要適合的使用結(jié)構(gòu)和使用場合，相比較而言，氣壓傳動和控制是工業(yè)生產(chǎn)過程中自動化和機(jī)械化最直接有效手段，其工作媒介就是自然界中取之不盡用之不竭的空氣，成本低，無污染，且氣動裝置的結(jié)構(gòu)簡單、輕便、安全、可靠性高，而這幾方面的優(yōu)點是其成為現(xiàn)代工廠生產(chǎn)中最主要的設(shè)備運(yùn)動動力來源的原因。但是，由于氣動系統(tǒng)使用的氣壓一般在0.2-1.0mpa范圍內(nèi)，而輸出力取決于活塞桿的前后壓差，因此在實際使用中很難實現(xiàn)1n以下輕載荷的持續(xù)輸出，由于缸體內(nèi)部摩擦，而輕載荷的輸出活塞前后的壓差較小，實現(xiàn)1n以下輕載荷的持續(xù)輸出幾乎不可能，而由于液壓和電動、磁動等系統(tǒng)的特性，也同樣難以實現(xiàn)低成本的輕載荷輸出。因此，如何實現(xiàn)低成本輕載荷的穩(wěn)定輸出成為一個技術(shù)難題。

由于使用伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)無法現(xiàn)行穩(wěn)定的低載荷輸出，而市面上普通的輸出力最小的氣缸應(yīng)該是微信筆形氣缸，其中包括如圖1所示的單動押出式氣缸和如圖2所示的普通復(fù)動型氣缸的兩種類型，其中市面上最小的氣缸最小的內(nèi)徑為4mm，該尺寸筆形氣缸的使用壓力范圍為復(fù)動型0.2-0.7mpa,單動型為0.3-0.7mpa，單動押出式則是一端通過彈性元件控制，另一端通過氣壓控制，單動押出式由于受彈性元件的影響，無法精準(zhǔn)控制輸出力，而復(fù)動型是活塞桿前后工作面均有氣壓控制，活塞桿作用面的前后壓差決定輸出力的大小，因此原則上可實現(xiàn)精準(zhǔn)的壓力輸出。忽略內(nèi)部摩擦力的因素，氣缸的輸出壓力等同于氣壓差，但在實際使用過程中，由于一般氣缸的內(nèi)部密封圈使用由聚氨酯聚氨酯為主鏈含—nhcoo—重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的一類聚合物，英文縮寫pu，包括硬質(zhì)聚氨酯塑料、軟質(zhì)聚氨酯塑料、聚氨酯彈性體等多種形態(tài)，并分為熱塑性和熱固性兩大類。其原料一般以樹脂狀態(tài)呈現(xiàn)，主鏈含—nhcoo—重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的一類聚合物。英文縮寫pu。由異氰酸酯單體與羥基化合物聚合而成。由于含強(qiáng)極性的氨基甲酸酯基，不溶于非極性基團(tuán)，具有良好的耐油性、韌性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得適應(yīng)較寬溫度范圍為－50～150℃的材料，包括彈性體、熱塑性樹脂和熱固性樹脂。高溫下不耐水解，亦不耐堿性介質(zhì)。俗稱優(yōu)力膠、彈簧膠、牛筋或者丁腈橡膠丁腈橡膠是由丁二烯和丙烯腈經(jīng)乳液聚合法制得的，丁腈橡膠主要采用低溫乳液聚合法生產(chǎn)，耐油性極好，耐磨性較高，耐熱性較好，粘接力強(qiáng)。其缺點是耐低溫性差、耐臭氧性差，絕緣性能低劣，彈性稍低。丁腈橡膠主要用于制造耐油橡膠制品。簡稱nbr，由丁二烯與丙烯腈共聚而制得的一種合成橡膠。是耐油尤其是烷烴油、耐老化性能較好的合成橡膠。丁腈橡膠中丙烯腈含量百分比有42～46、36～41、31～35、25～30、18～24等五種。丙烯腈含量越多，耐油性越好,但耐寒性則相應(yīng)下降。它可以在120℃的空氣中或在150℃的油中長期使用。此外，它還具有良好的耐水性、氣密性及優(yōu)良的粘結(jié)性能。廣泛用于制各種耐油橡膠制品、多種耐油墊圈、墊片、套管、軟包裝、軟膠管、印染膠輥、電纜膠材料等，在汽車、航空、石油、復(fù)印等行業(yè)中成為必不可少的彈性材料。等軟性塑料件做成，其與缸體內(nèi)腔間的摩擦力極大，產(chǎn)生的阻力直接影響氣缸最終壓力的輸出。而在低載荷輸出時，由于活塞桿前后的壓強(qiáng)差比較小，因此在運(yùn)動過程中存在無法克服密封圈和缸體內(nèi)腔的摩擦力，導(dǎo)致運(yùn)行停止，影響設(shè)備的運(yùn)作。

圖1是單動押出式氣缸的結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)由后缸蓋a1、第一彈性墊a2、密封圈a3、導(dǎo)向環(huán)a4、活塞a5、缸筒a6、彈簧a7、第二彈性墊a8、活塞桿a9、前杠蓋a10、螺母a11、導(dǎo)向套a12、卡環(huán)a13組成。

圖2是普通復(fù)動型氣缸的結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)由后缸蓋b1、緩沖節(jié)流針閥b2、第一密封圈b3、第二密封圈b7、活塞密封圈b4、導(dǎo)向環(huán)b5、磁性環(huán)b6、活塞b8、緩沖柱塞b9、活塞桿b10、缸筒b11、緩沖密封圈b12、前缸蓋b13、導(dǎo)向套b14、防塵組合密封圈b15組成。

在前文，我們已經(jīng)一再指出電動和液壓系統(tǒng)等均無法實現(xiàn)1n以下輕載荷的持續(xù)輸出，因此在實際運(yùn)用到輕載荷持續(xù)輸出的機(jī)構(gòu)中，現(xiàn)在市面上使用的測試設(shè)備均是使用物體的自重敲擊完成輕載荷的持續(xù)輸出，如圖3至圖5所示，該結(jié)構(gòu)包括直流電磁鐵、砝碼c14、緩沖機(jī)構(gòu)c13，直流電磁鐵內(nèi)部包含墊片d1、電磁鐵彈簧d2、電磁鐵鐵芯d11、銜鐵d14、拉桿d12、鎖環(huán)d5，緩沖機(jī)構(gòu)c13內(nèi)部包含緩沖彈性銷d7，鎖緊封帽d9、軟性壓頭d10，該類自動化測試機(jī)臺使用直流電磁鐵作為控制媒介，帶動砝碼c14向下運(yùn)動，利用電磁鐵銜鐵d11的運(yùn)行速度大于物體自由落體所產(chǎn)生的速度實現(xiàn)砝碼c14的自由落體敲擊，該類設(shè)計可使用控制砝碼14的重量實現(xiàn)低載荷持續(xù)輸出，該結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本偏高，而且由于砝碼c14的自由落體運(yùn)動在這個體統(tǒng)中帶入一個自由落體產(chǎn)生的速度，砝碼c14產(chǎn)生的動能全部被測產(chǎn)品承受，雖然在接觸端的緩沖機(jī)構(gòu)c13起到卸載負(fù)荷的作用，但由于力的作用是相互的，因此自由落體產(chǎn)生的動能依然對產(chǎn)品產(chǎn)生沖擊，從而影響需要運(yùn)用輕載荷實現(xiàn)的測試的測試結(jié)果有所影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊、使用精度高、內(nèi)部接觸摩擦力小和使用壽命長的基于空氣互鎖平衡原理的新型動力結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明包括缸體、氣缸前端蓋、活塞桿、節(jié)流密封環(huán)和背壓氣嘴，所述氣缸前端蓋設(shè)置于所述缸體的一端，所述節(jié)流密封環(huán)設(shè)置于所述氣缸前端蓋內(nèi)，所述活塞桿的一端適配安裝于所述缸體的腔體內(nèi)，所述活塞桿的另一端依次穿過所述缸體、所述節(jié)流密封環(huán)和所述氣缸前端蓋，所述背壓氣嘴設(shè)置于所述氣缸前端蓋的一端且與所述節(jié)流密封環(huán)相連通。

進(jìn)一步的，所述節(jié)流密封環(huán)的環(huán)身上設(shè)有第一圓環(huán)槽，所述節(jié)流密封環(huán)內(nèi)設(shè)有與所述活塞桿相適配的型腔，所述第一圓環(huán)槽上均勻陣列有若干組排氣孔組，所述排氣孔組包括若干個相互平行且均與所述型腔相連通的第一排氣孔。

進(jìn)一步的，所述活塞桿的桿身上設(shè)有與所述活塞桿內(nèi)腔相連通的通孔，所述活塞桿位于所述缸體的腔體內(nèi)的一端設(shè)有若干個第二圓環(huán)槽，所述第二圓環(huán)槽上均設(shè)有若干個均勻陣列的第二排氣孔，所述第二排氣孔與所述活塞桿內(nèi)腔相連通。

進(jìn)一步的，所述活塞桿位于所述缸體的腔體內(nèi)的一端內(nèi)設(shè)置有密封堵頭，所述密封堵頭與所述活塞桿內(nèi)腔相適配。

進(jìn)一步的，所述型腔內(nèi)設(shè)有半腰形孔，所述半腰形孔與所述氣缸前端蓋的內(nèi)腔相連通。

進(jìn)一步的，所述背壓氣嘴的前端設(shè)置有若干個氣嘴密封圈。

進(jìn)一步的，所述缸體和所述背壓氣嘴分別與外部的兩臺氣管相連通，所述缸體為方形結(jié)構(gòu)，且所述缸體的外端面設(shè)有圓弧槽。

進(jìn)一步的，所述氣缸前端蓋設(shè)有的氣缸氣嘴，所述背壓氣嘴通過所述氣缸氣嘴與所述節(jié)流密封環(huán)相連通。

進(jìn)一步的，所述活塞桿為氣膜活塞桿。

本發(fā)明的有益效果是：由于本發(fā)明包括缸體、氣缸前端蓋、活塞桿、節(jié)流密封環(huán)和背壓氣嘴，所述氣缸前端蓋設(shè)置于所述缸體的一端，所述節(jié)流密封環(huán)過盈配合設(shè)置于所述氣缸前端蓋內(nèi)，所述活塞桿的一端適配安裝于所述缸體的腔體內(nèi)，所述活塞桿的另一端依次穿過所述缸體、所述節(jié)流密封環(huán)和所述氣缸前端蓋，所述背壓氣嘴設(shè)置于所述氣缸前端蓋的一端且與所述節(jié)流密封環(huán)相連通,所述活塞桿的桿身上設(shè)有與所述活塞桿內(nèi)腔相連通的通孔，本發(fā)明在連通氣壓后，氣壓通過所述背壓氣嘴進(jìn)入所述氣缸前端蓋的腔體內(nèi)后，由于所述節(jié)流密封環(huán)與所述氣缸前端蓋為過盈配合，氣壓在所述節(jié)流密封環(huán)和所述活塞桿上形成氣膜密封，并使所述活塞桿中懸浮，從而使所述活塞桿在運(yùn)動過程中和所述節(jié)流密封環(huán)之間的摩擦阻力幾乎為零，可忽略不計；所述活塞桿位于所述缸體的腔體內(nèi)的一端設(shè)有若干個第二圓環(huán)槽，所述第二圓環(huán)槽上均設(shè)有若干個均勻陣列的第二排氣孔，所述第二排氣孔與所述活塞桿內(nèi)腔相連通，所述第二排氣孔通過向所述活塞桿外排氣，在所述活塞桿和所述缸體之間形成氣膜密封，并使所述活塞桿懸浮在所述缸體內(nèi)，從而使所述活塞桿除了前端和所述氣缸前缸蓋中的導(dǎo)向的接觸之外，其它位置形成氣膜，使所述缸體和所述活塞桿之間的接觸面降到最小，從而大大減少摩擦力，使本發(fā)明能完成1n以下力的持續(xù)輸出；所以本發(fā)明針對普通氣缸因為缸體內(nèi)腔與密封圈之間的摩擦力無法消除導(dǎo)致低壓無法長時間運(yùn)行的情況，去除密封圈，利用氣膜密封的原理阻斷活所述塞桿前后的空氣相互外泄竄擾影響，從而技能減少摩擦力的同時也能完成正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

附圖說明

圖1是單動押出式氣缸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是普通復(fù)動型氣缸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是現(xiàn)行市面實現(xiàn)輕載荷持續(xù)輸出的示意圖；

圖4是現(xiàn)行市面實現(xiàn)輕載荷持續(xù)輸出的剖意圖；

圖5是緩沖機(jī)構(gòu)的放大圖；

圖6是本發(fā)明的爆炸示意圖一；

圖7是本發(fā)明的爆炸示意圖二；

圖8是本發(fā)明的剖視圖；

圖9是節(jié)流密封環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是節(jié)流密封環(huán)的主視圖；

圖11是活塞桿的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖6和圖11所示，在本實施例中，本發(fā)明包括缸體1、氣缸前端蓋2、活塞桿3、節(jié)流密封環(huán)4和背壓氣嘴5，所述活塞桿3為氣膜活塞桿，所述氣缸前端蓋2設(shè)置于所述缸體1的一端，所述節(jié)流密封環(huán)4設(shè)置于所述氣缸前端蓋2內(nèi)，所述活塞桿3的一端適配安裝于所述缸體1的腔體內(nèi)，所述活塞桿3的另一端依次穿過所述缸體1、所述節(jié)流密封環(huán)4和所述氣缸前端蓋2，所述氣缸前端蓋2設(shè)有的氣缸氣嘴21，所述背壓氣嘴5通過所述氣缸氣嘴21與所述節(jié)流密封環(huán)4相連通。

在本實施例中，所述節(jié)流密封環(huán)4的環(huán)身上設(shè)有第一圓環(huán)槽41，所述節(jié)流密封環(huán)4內(nèi)設(shè)有與所述活塞桿3相適配的型腔42，所述第一圓環(huán)槽41上均勻陣列有若干組排氣孔組，所述排氣孔組包括兩個相互平行且均與所述型腔42相連通的第一排氣孔43。

在本實施例中，所述活塞桿3的桿身上設(shè)有與所述活塞桿3內(nèi)腔相連通的通孔31，所述通孔31為圓形孔，所述活塞桿3位于所述缸體1的腔體內(nèi)的一端設(shè)有若干個第二圓環(huán)槽32，所述第二圓環(huán)槽32上均設(shè)有若干個均勻陣列的第二排氣孔33，所述第二排氣孔33與所述活塞桿3內(nèi)腔相連通。

在本實施例中，所述活塞桿3位于所述缸體1的腔體內(nèi)的一端內(nèi)設(shè)置有密封堵頭6，所述密封堵頭6與所述活塞桿3內(nèi)腔相適配。

在本實施例中，所述型腔42內(nèi)設(shè)有半腰形孔44，即u型孔，所述半腰形孔44與所述氣缸前端蓋2的內(nèi)腔相連通。

在本實施例中，整個結(jié)構(gòu)功能的實現(xiàn)主要是通過所述節(jié)流密封環(huán)4和所述氣膜活塞桿3配合完成，其中所述缸體1的內(nèi)腔和所述背壓氣嘴5分別連通兩臺氣管，由于所述背壓氣嘴5接通的是所述氣膜活塞桿3受壓面積小的一面，根據(jù)壓力f等于壓強(qiáng)p除以面積s（f=p/s）的計算公式，在正壓和背壓相同的情況下，連通所述背壓氣嘴5所需要的壓力較連通所述缸體1所需的氣壓較大，為避免氣體泄漏，所述背壓氣嘴5的前端設(shè)置有兩個氣嘴密封圈7進(jìn)行雙重密封，所述氣嘴密封圈7和所述背壓氣嘴5間使用過盈配合，充分保障結(jié)構(gòu)中氣壓穩(wěn)定，無氣體泄漏的可能性。

在本實施例中，所述缸體1的外端面設(shè)有圓弧槽11，所述圓弧槽11用于快速換取裝卸機(jī)構(gòu)氣管，而所述缸體1使用不同于普通筆型氣缸的圓柱形結(jié)構(gòu)的方形結(jié)構(gòu)就是為了達(dá)到裝卸方便的功能，而且所述缸體1的墻體使用厚度為5的sus304鋼材制造，保證硬度的同時又易于使用工具取裝卸機(jī)構(gòu)，方便快捷。

本發(fā)明的工作原理為：在連通氣壓后，氣壓通過所述背壓氣嘴5和所述氣缸氣嘴21進(jìn)入到所述氣缸前端蓋2腔體內(nèi)，由于所述節(jié)流密封環(huán)4和所述氣缸前端蓋2之間是過盈配合，所述節(jié)流密封環(huán)4緊密固定在所述氣缸前端蓋2中，空氣從背壓氣嘴5中進(jìn)入所述缸體1，由于所述節(jié)流密封環(huán)4和所述氣缸前端蓋2之間密封，空氣快速布滿所述第一圓環(huán)槽41內(nèi)然后從各個所述第一排氣孔43中進(jìn)入所述型腔42，所述節(jié)流密封環(huán)4和所述活塞桿3之間的配合間隙達(dá)到μ級，空氣在所述活塞桿3和所述節(jié)流密封環(huán)4間形成氣膜密封，并使帶動活塞桿3中懸浮，從而使帶動活塞桿3在運(yùn)動過程中和所述節(jié)流密封環(huán)4之間的摩擦阻力幾乎為零，可忽略不計。

另外所述u型孔連通所述氣缸前端蓋2的內(nèi)腔，推動所述活塞桿3后退，后退過程中，所述通孔31連接所述活塞桿3的內(nèi)腔，所述活塞桿3的內(nèi)腔也均勻布滿等距所述第二排氣孔33，所述第二排氣孔33連通所述第二圓環(huán)槽41，通過向所述活塞桿3外排氣，在所述活塞桿3和所述缸體1之間形成氣膜密封，并使所述活塞桿3懸浮在帶動缸體1內(nèi)，從而使帶動活塞桿3除了前端和述氣缸前端蓋2中的導(dǎo)向的接觸衛(wèi)外，其它位置形成氣膜，使所述缸體1和所述活塞桿3之間的接觸面降到最小，從而大大減少摩擦力，使該結(jié)構(gòu)能完成1n以下力的持續(xù)輸出。

本發(fā)明應(yīng)用于動力結(jié)構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域。

雖然本發(fā)明的實施例是以實際方案來描述的，但是并不構(gòu)成對本發(fā)明含義的限制，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，根據(jù)本說明書對其實施方案的修改及與其他方案的組合都是顯而易見的。