壓電堆致活塞桿密封圈徑向振動(dòng)的低摩擦特性氣缸的制作方法
【專利摘要】壓電堆致活塞桿密封圈徑向振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，本發(fā)明涉及的是氣動(dòng)控制的【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有減摩結(jié)構(gòu)存在噪音大、壽命短、制造難度大、體積大、油液污染、出力小、可靠性低的問題。它的缸筒的左側(cè)中部為薄壁管徑，薄壁管徑的左端為法蘭盤狀圓環(huán)圓環(huán)內(nèi)圓面處密封鑲嵌有O型密封圈；高剛性套筒的左側(cè)內(nèi)圓面上圓周均勻設(shè)置有n個(gè)平面，n為偶數(shù)；活塞桿總成的右端活塞滑動(dòng)密封設(shè)置在缸筒內(nèi)部空腔中，活塞桿總成左側(cè)的活塞桿滑動(dòng)穿過O型密封圈后伸到缸筒左側(cè)外端，高剛性套筒間隙套在缸筒左側(cè)的薄壁管徑和法蘭盤狀圓環(huán)外部。本發(fā)明在超聲振動(dòng)諧振狀態(tài)下能降低活塞桿與缸體之間摩擦力的百分之七十以上，減摩效果良好。
【專利說明】壓電堆致活塞桿密封圈徑向振動(dòng)的低摩擦特性氣缸

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是氣動(dòng)控制的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]氣缸的活塞在低速工作時(shí)，常發(fā)生時(shí)走時(shí)停的不連續(xù)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，即氣缸爬行。氣缸爬行現(xiàn)象嚴(yán)重影響氣壓傳動(dòng)的精度。為消除此現(xiàn)象，常用方法為在控制信號(hào)上疊加顫振(Dither)信號(hào)以補(bǔ)償氣缸的摩擦力。但顫振信號(hào)的引入大大降低了控制閥的壽命，并帶來不必要的噪聲與抖動(dòng)，因此應(yīng)用受限。
[0003]另一種方法是利用氣浮原理在氣缸摩擦副之間引入一層氣膜，從而明顯減少氣缸的動(dòng)、靜摩擦力，使氣缸爬行現(xiàn)象得到很大改善。如專利CN102155465A。然而這種氣浮低摩擦氣缸在制造過程中，對(duì)各部件的加工精度提出了很高要求，且在大尺寸的氣浮氣缸加工制造中存在很大難度。
[0004]還有一種方法是在對(duì)低速性能要求較高的場合，氣液聯(lián)控伺服系統(tǒng)時(shí)常被使用。通過增加系統(tǒng)的阻尼，氣缸低速的爬行有了很大的改善。但這一系統(tǒng)往往體積較大，且易引入油液污染。
[0005]還有一種方法是利用超聲振動(dòng)減小摩擦的原理在氣缸上貼壓電片，利用其輸出的超聲振動(dòng)減小摩擦力。如專利CN103195770A、CN103195772A。但這種貼片式氣缸存在壓電片出力較小，與缸筒連接方式可靠性不夠理想的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種壓電堆致活塞桿密封圈徑向振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有減摩結(jié)構(gòu)存在噪音大、壽命短、制造難度大、體積大、油液污染、出力小、可靠性低的問題。本發(fā)明的一種壓電堆致活塞桿密封圈徑向振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，它由缸筒、高剛性套筒、活塞桿總成、多個(gè)壓電堆、O型密封圈組成。
[0007]缸筒右端1?、封懷肷有堵頭，缸筒右端開有與缸筒內(nèi)部空腔連通的通氣端口，缸筒左側(cè)中部開有與缸筒內(nèi)部空腔連通的通氣端口 ；缸筒的左側(cè)中部為薄壁管徑，薄壁管徑的左端為法蘭盤狀圓環(huán)，圓環(huán)的外圓面上圓周均勻設(shè)置有η個(gè)平面，圓環(huán)內(nèi)圓面處密封鑲嵌有O型密封圈；高剛性套筒的左側(cè)內(nèi)圓面上圓周均勻設(shè)置有η個(gè)平面，η為偶數(shù)；活塞桿總成的右端活塞滑動(dòng)密封設(shè)置在缸筒內(nèi)部空腔中，活塞桿總成左側(cè)的活塞桿滑動(dòng)穿過O型密封圈后伸到缸筒左側(cè)外端，高剛性套筒間隙套在缸筒左側(cè)的薄壁管徑和法蘭盤狀圓環(huán)外部，并使高剛性套筒的右端面與缸筒左側(cè)臺(tái)階端面連接，圓環(huán)外圓面上的η個(gè)平面與高剛性套筒左側(cè)內(nèi)圓面上的η個(gè)平面分別平行相對(duì)，并且之間頂接有一個(gè)壓電堆；多個(gè)壓電堆的驅(qū)動(dòng)規(guī)則為關(guān)于氣缸軸線對(duì)稱的每對(duì)壓電堆同相輸出，使圓環(huán)及薄壁管徑產(chǎn)生圓筒徑向彎曲振動(dòng)。
[0008]本發(fā)明在超聲振動(dòng)諧振狀態(tài)下能降低活塞桿與缸體之間摩擦力的百分之七十以上，減摩效果良好。本發(fā)明是通過對(duì)作用于活塞桿密封圈徑向振動(dòng)的控制，使氣缸活塞桿密封處產(chǎn)生圓筒徑向彎曲振動(dòng)模態(tài)的基于超聲減摩原理而設(shè)計(jì)的低摩擦氣缸。其結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)高頻圓筒徑向彎曲振動(dòng)，具有出力較大、效率高、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，在低速氣缸領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2是圖1中缸筒I和O型密封圈5的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖3是圖1中高剛性套筒2的左視結(jié)構(gòu)示意圖，
圖4是圖2中缸筒I的左視放大結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1、圖2、圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由缸筒1、高剛性套筒2、活塞桿總成3、多個(gè)壓電堆4、O型密封圈5組成；
缸筒I右端密封鑲嵌有堵頭1-5，缸筒I右端開有與缸筒I內(nèi)部空腔1-8連通的通氣端口 1-7，缸筒I左側(cè)中部開有與缸筒I內(nèi)部空腔1-8連通的通氣端口 1-6 ;缸筒I的左側(cè)中部為薄壁管徑1-1，薄壁管徑1-1的左端為法蘭盤狀圓環(huán)1-2，圓環(huán)1-2的外圓面上圓周均勻設(shè)置有η個(gè)平面1-3，圓環(huán)1-2內(nèi)圓面處密封鑲嵌有O型密封圈5 ;高剛性套筒2的左側(cè)內(nèi)圓面上圓周均勻設(shè)置有η個(gè)平面2-1，η為偶數(shù)；活塞桿總成3的右端活塞滑動(dòng)密封設(shè)置在缸筒I內(nèi)部空腔1-8中，活塞桿總成3左側(cè)的活塞桿滑動(dòng)穿過O型密封圈5后伸到缸筒I左側(cè)外端，高剛性套筒2間隙套在缸筒I左側(cè)的薄壁管徑1-1和法蘭盤狀圓環(huán)1-2外部，并使高剛性套筒2的右端面與缸筒I左側(cè)臺(tái)階端面1-4連接，圓環(huán)1-2外圓面上的η個(gè)平面1-3與高剛性套筒2左側(cè)內(nèi)圓面上的η個(gè)平面2-1分別平行相對(duì)，并且之間頂接有一個(gè)壓電堆4 ;多個(gè)壓電堆4的驅(qū)動(dòng)規(guī)則為關(guān)于氣缸軸線對(duì)稱的每對(duì)壓電堆4同相輸出，使圓環(huán)1-2及薄壁管徑1-1產(chǎn)生圓筒徑向彎曲振動(dòng)。
[0011]所述每個(gè)壓電堆4為THORLABS公司產(chǎn)品(PA3BCW 1.5X1.5X1 _)。
[0012]所述每個(gè)壓電堆4的驅(qū)動(dòng)波形為正弦或三角波。
[0013]所述每個(gè)壓電堆4的驅(qū)動(dòng)頻率為超聲波頻段，具體是整個(gè)裝置的諧振頻率，為150kHz-170 kHz ο
[0014]工作原理:所有壓電堆4在工作時(shí)，通過圓環(huán)1-2推動(dòng)O型密封圈5徑向高頻振動(dòng)，使O型密封圈5與對(duì)應(yīng)摩擦副處于高頻振動(dòng)狀態(tài)，利用高頻振動(dòng)的減摩效應(yīng)，減少摩擦副間的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的差值，進(jìn)而削弱其低速運(yùn)行時(shí)的動(dòng)、靜摩擦力的切換，以達(dá)到改善氣缸低速運(yùn)行時(shí)摩擦力等特性的目的，從而減少氣缸的爬行現(xiàn)象。
[0015]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1、圖2、圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一的不同點(diǎn)在于缸筒I的左側(cè)中部的薄壁管徑1-1的壁厚為小于等于0.5 mm。其它組成和連接方式與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0016]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖1、圖2、圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一的不同點(diǎn)在于圓環(huán)1-2的外圓面上的平面1-3的數(shù)量為四個(gè)，高剛性套筒2的左側(cè)內(nèi)圓面上的平面2-1的數(shù)量為四個(gè)。其它組成和連接方式與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0017]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式在【具體實(shí)施方式】一的基礎(chǔ)上在圓環(huán)1-2的外圓面上的每兩個(gè)平面1-3之間開有槽1-9，槽1-9的開口方向?yàn)閳A環(huán)
1-2的徑向，并向內(nèi)開口 ；槽1-9的寬度小于200微米。其它組成和連接方式與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0018]本實(shí)施方式在于減小振動(dòng)時(shí)的剛度，增大振動(dòng)幅度，從而進(jìn)一步減小氣缸摩擦力，增大氣缸有效輸出力。
【權(quán)利要求】
1.壓電堆致活塞桿密封圈徑向振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，它由缸筒(I)、高剛性套筒(2)、活塞桿總成(3)、多個(gè)壓電堆(4)、O型密封圈(5)組成； 缸筒(I)右端密封鑲嵌有堵頭(1-5)，缸筒(I)右端開有與缸筒(I)內(nèi)部空腔(1-8)連通的通氣端口(1-7)，缸筒(I)左側(cè)中部開有與缸筒(I)內(nèi)部空腔(1-8)連通的通氣端口(1-6);其特征在于缸筒(I)的左側(cè)中部為薄壁管徑(1-1)，薄壁管徑(1-1)的左端為法蘭盤狀圓環(huán)(1-2)，圓環(huán)(1-2)的外圓面上圓周均勻設(shè)置有η個(gè)平面(1-3)，圓環(huán)(1_2)內(nèi)圓面處密封鑲嵌有O型密封圈(5);高剛性套筒(2)的左側(cè)內(nèi)圓面上圓周均勻設(shè)置有η個(gè)平面(2-1)，η為偶數(shù)；活塞桿總成(3)的右端活塞滑動(dòng)密封設(shè)置在缸筒(I)內(nèi)部空腔(1-8)中，活塞桿總成(3)左側(cè)的活塞桿滑動(dòng)穿過O型密封圈(5)后伸到缸筒(I)左側(cè)外端，高剛性套筒(2)間隙套在缸筒(I)左側(cè)的薄壁管徑(1-1)和法蘭盤狀圓環(huán)(1-2)外部，并使高剛性套筒(2)的右端面與缸筒(I)左側(cè)臺(tái)階端面(1-4)連接，圓環(huán)(1-2)外圓面上的η個(gè)平面(1-3)與高剛性套筒(2)左側(cè)內(nèi)圓面上的η個(gè)平面(2-1)分別平行相對(duì)，并且之間頂接有一個(gè)壓電堆(4);多個(gè)壓電堆(4)的驅(qū)動(dòng)規(guī)則為關(guān)于氣缸軸線對(duì)稱的每對(duì)壓電堆(4)同相輸出，使圓環(huán)(1-2)及薄壁管徑(1-1)產(chǎn)生圓筒徑向彎曲振動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電堆致活塞桿密封圈徑向振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，其特征在于所述每個(gè)壓電堆(4)為THORLABS公司產(chǎn)品-PA3BCW 1.5X1.5X1 _。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電堆致活塞桿密封圈徑向振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，其特征在于所述每個(gè)壓電堆(4)的驅(qū)動(dòng)波形為正弦或三角波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電堆致活塞桿密封圈徑向振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，其特征在于所述每個(gè)壓電堆(4)的驅(qū)動(dòng)頻率為超聲波頻段，具體是整個(gè)裝置的諧振頻率，為150kHz-170 kHz ο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電堆致活塞桿密封圈徑向振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，其特征在于缸筒(I)的左側(cè)中部的薄壁管徑(1-1)的壁厚為小于等于0.5_。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電堆致活塞桿密封圈徑向振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，其特征在于圓環(huán)(1-2)的外圓面上的平面(1-3)的數(shù)量為四個(gè)，高剛性套筒(2)的左側(cè)內(nèi)圓面上的平面(2-1)的數(shù)量為四個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電堆致活塞桿密封圈徑向振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，其特征在于在圓環(huán)(1-2)的外圓面上的每兩個(gè)平面(1-3)之間開有槽(1-9)，槽(1-9)的開口方向?yàn)閳A環(huán)(1-2)的徑向，并向內(nèi)開口 ；槽(1_9)的寬度小于200微米。
【文檔編號(hào)】F16J10/02GK104454774SQ201410611275
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】高焓, 邁克爾·德佛爾德, 包鋼, 程廷海, 多米尼克·雷納茨, 馬瑞斯·納布厄斯 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)