一种带球铰链的不受高压气体影响的气悬浮无摩擦气缸

摘要

一种带球铰链的不受高压气体影响的气悬浮无摩擦气缸，所述气悬浮无摩擦气缸包括缸筒、活塞、活塞杆和球铰链，所述活塞与活塞杆一端通过球铰链固定连接，所述活塞杆另一端设安装孔，所述缸筒一端安装底座，所述缸筒的另一端安装端盖，所述底座上设有气源进气口，所述活塞杆穿端盖，所述缸筒的有杆腔设有出气口，所述活塞径向设置均布的节流孔，所述活塞外圆柱面靠近无杆腔一侧设有一圈凹槽，从凹槽上方沿径向打盲孔，再沿活塞壁向有杆腔方向打通孔形成卸压槽，所述卸压槽与节流孔之间相互隔离。本发明有效避免高低压气流对气膜产生影响、控制精度较高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种气浮气缸。 

背景技术

    普通的气缸通常采用机械密封，缸筒和活塞之间存在接触摩擦力。 

传统的低摩擦气缸依靠提高加工精度、采用特殊的低摩擦材料或者脂润滑来减小摩擦力，但存在加工困难、成本高、维护困难且寿命短的缺陷；或者通过改善密封形式，来降低摩擦力，如德国FESTO公司采用特殊的密封技术应用于气缸，采用单向密封圈，具有很小的滑行阻力。日本SMC公司采用滚珠导向套技术以及间隙密封技术，该低摩擦气缸在匀速性、高低压摩擦、高速以及高频方面都有所突破，然而也同样存在一些缺陷，比如对径向载荷敏感，结构复杂、加工制造难度大，价格昂贵。 

为满足超精密恒力输出控制、微压动作控制等方面的要求，气体润滑技术在实现零摩擦气缸上得到应用。如专利申请号为201120080863.6的“一种带有气浮轴承的无摩擦气缸”就公布了一种根据气浮原理设计的无摩擦气缸，缸筒与活塞之间留有极小的间隙，在活塞径向上设置匀布的节流孔，通过中空的活塞杆以及软管为缸内的活塞供气，并通过球铰连接使得无摩擦气缸能承受一定的径向负载而不发生活塞卡死在气缸内。但是通过中空活塞杆和软管的供气方式复杂、装配繁琐、不易维护，后来对无摩擦气缸进行了优化，采用气缸自身容腔中的压缩空气作为润滑剂，将气体引入间隙中，使活塞在气缸中处于完全悬浮状态，活塞和缸筒彼此不接触，从而消除了气缸结构中活塞与缸筒之间的摩擦力。但是，不论采用哪种供气方式，由于活塞与缸筒之间留有间隙，气缸的高压腔和低压腔之间存在很大的气压差，从而在间隙间会形成气压流，直接影响活塞通过节流孔在间隙内形成的气压膜，另一方面，气膜形成的前提是间隙内存在一定的气压差，而靠近高压腔一端的间隙气压升高，导致气膜厚度、压力分布不均匀，对该无摩擦气缸的稳定性、精度、承载能力都造成了影响。 

发明内容

为了克服已有无摩擦气缸的高低压气流对气膜产生影响、控制精度较低的不足，本发明提供一种有效避免高低压气流对气膜产生影响、控制精度较高的带球铰链的气悬浮无摩擦气缸。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种带球铰链的不受高压气体影响的气悬浮无摩擦气缸，包括缸筒、活塞、活塞杆和球铰链，所述活塞与活塞杆一端通过球铰链固定连接，所述活塞杆另一端设安装孔，所述缸筒一端安装底座，所述缸筒的另一端安装端盖，所述底座上设有气源进气口，所述活塞杆穿端盖，所述缸筒的有杆腔设有出气口，所述活塞径向设置均布的节流孔，所述活塞外圆柱面靠近无杆腔一侧设有一圈凹槽，从凹槽上方沿径向打盲孔，再沿活塞壁向有杆腔方向打通孔形成卸压槽，所述卸压槽与节流孔之间相互隔离。

进一步，所述卸压槽凹槽靠近无杆腔一端设有倾斜坡度。 

再进一步，一圈卸压槽均布在活塞壁中，一圈卸压槽含有至少两个卸压槽。 

或者是：至少两圈卸压槽均布在活塞壁中。 

所述活塞设有至少两组径向方向均布的节流孔。 

所述安装孔为用以安装球铰链的螺纹孔。 

    本发明的设计思路为：在活塞靠近高压腔的一端设计有卸压槽，将从高压腔进入活塞与缸筒间隙的气体流经过一定的缝隙节流阻尼减压后从卸压槽内排出到低压腔，不影响活塞上节流孔形成的气膜；活塞杆与缸套之间采用空气轴承密封，消除了活塞杆与缸筒之间的摩擦力。 

本发明的有益效果为：有效避免高低压气流对气膜产生影响、控制精度较高。 

附图说明

图1是一种带球铰链的不受高压气体影响的气悬浮无摩擦气缸示意图。 

图2是活塞示意图。 

图3是图2A-A视图。 

图4是图2C-C视图。 

图5是气缸内气体流向示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。 

    参照图1~图5，一种带球铰链的不受高压气体影响的气悬浮无摩擦气缸，包括缸筒4、活塞7、活塞杆2和球铰链6，所述活塞7与活塞杆2一端通过球铰链6固定连接，所述活塞杆2另一端有用以安装球铰链的螺纹孔1，所述缸筒4一端安装底座9，所述缸筒4的另一端安装端盖3，所述底座9上设有气源进气口，所述活塞杆2穿端盖，缸筒4的有杆腔设有出气口10，所述活塞7径向设置均布的节流孔13，所述活塞外圆柱面靠近无杆腔一侧设有一圈凹槽11，从凹槽11上方沿径向打盲孔，再沿活塞壁向有杆腔方向打通孔形成卸压槽12，所述卸压槽12与节流孔13之间相互隔离。 

所述卸压槽凹槽靠近无杆腔一端设有倾斜坡度。一圈卸压槽均布在活塞壁中，一圈卸压槽含有至少两个卸压槽。或者是：至少两圈卸压槽均布在活塞壁中。所述活塞设有至少两组径向方向均布的节流孔。 

所述有杆腔为低压腔5，无杆腔为高压腔8。 

本实施例中，所述活塞与气缸间存在极小的间隙，所述底座与缸筒末端固定，所述缸筒、底座在活塞的一端形成高压腔，所述端盖安装在缸筒端部，所述气浮轴承、缸筒在活塞另一端形成低压腔，低压腔缸筒壁上有出气口O，气源从气缸进气口P1进入高压腔，推动活塞无摩擦运动。 

活塞杆两端通过球铰链与活塞和外部零件连接，使得无摩擦气缸能承受一定的径向负载，避免因活塞杆发生偏转而导致活塞卡死在气缸内。 

所述活塞径向上设置匀布的节流孔，节流孔的数量可布置一组或多组；活塞外圆柱面靠近高压腔一侧设计有一圈凹槽，从凹槽上方沿径向打盲孔，再沿活塞壁向低压腔方向打通孔形成卸压槽，一组或多组卸压槽均布在活塞壁中，与节流孔之间不相通；如图2中，卸压槽凹槽近高压腔一端成一定的坡度，因此，从高压腔进入活塞与气缸间隙的气流直接从卸压槽流入到低压腔内；卸压槽也可以开成其他的形式，能方便导出高压腔压人的气流即可；高压腔内的气体经节流孔在活塞与气缸间隙间形成气膜，气膜气体部分沿着活塞与缸筒间隙直接流入低压腔，其余的经卸压槽流入低压腔。而从高压腔进入间隙的气体不影响活塞与缸筒间的气膜，如图3。 

上述实例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。