一种三轴试验中减少静摩擦影响的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种三轴试验中减少静摩擦影响的装置，属于机械工程领域。该装置中的活塞杆下方通过滑套深入缸体，其下方与活塞之间套结有密封圈和缓冲套，使螺纹衬套、缓冲套、活塞和活塞杆成为一个有机整体。液压缸的右侧安装伺服电机，下方驱动一对啮合的斜齿轮，通过斜齿轮运动的传递，将伺服电机的旋转驱动力输送到活塞杆上。活塞杆的下方安装止推轴承；弹簧下端放置负载；活塞杆上下运动的同时在伺服电机的作用下还作着旋转运动。本实用新型专利技术的关键点是活塞的旋转运动，相比于之前单纯的上下往复运动，加上旋转运动后，活塞与缸体壁之间的静摩擦可以转换为滑动摩擦，能够大大减小摩擦力对整个实验装备的影响，最终达到良好的控制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种三轴试验中减少静摩擦影响的装置
本技术属于机械工程领域，涉及土力学三轴试验，尤其是一种减少静摩擦影响的装置。
技术介绍
测量土壤的强度和变形而常使用三轴试验仪，该仪器应用广泛，可用于测量多种参数，包括剪切强度特性，固结特点和土壤渗透性。三轴试验仪通常采用电液伺服加载的方式，实验过程中需要分别根据围压的大小设定轴向加载力。电液伺服加载液压缸通常由活塞、连杆、缸体、密封等组成。在三轴试验的电液伺服控制系统中，液压缸活塞与缸体之间、活塞杆与轴瓦之间及加载杆与压力室之间的摩擦力比较大，使系统的平稳性及跟踪精度受到严重的影响。许多学者也从不同角度采用了很多方法来改善摩擦力引起的问题，如改善接触面的表面状况，提高接触面的润滑程度，采用各种摩擦补偿技术等。然而，提高加工精度改善接触面的表面状况，成本极其昂贵，而且不能受到侧向力的作用，以免损伤加工面。提高接触面的润滑程度，一般采用聚四氟乙烯的密封，减少摩擦力的影响。各种摩擦补偿技术的确可以减少摩擦的影响，但无法大幅度减少摩擦的影响。此外，工程上常常采用增加激振的方式，减少摩擦的影响，然而这种激振方式会产生很大的噪声，而且会对试样产生高频扰动，不利于实验的进行。目前，需要一种实现低成本且易于改造旧设备的装置，有效降低摩擦力的影响。
技术实现思路
本技术的目的是大幅减少电液伺服系统中摩擦力的影响，为了解决这个问题，本技术提供了一种液压缸活塞杆可以缓慢匀速旋转的机构装置，在活塞杆往复上下运动过程的同时，伺服电机通过齿轮带动活塞杆做旋转运动，从而将活塞杆与缸体的静摩擦转换为滑动摩擦，滑动摩擦比静摩擦小得多，从而大幅减少电液伺服系统中摩擦力的影响。为了达到上述目的，本技术采用的技术方案是：一种三轴试验中减少静摩擦影响的装置，该装置包括电机导轨、伺服电机、小斜齿轮、负载、弹簧、止推轴承、螺母紧固装置A、出油口、缸体内壁、柱塞密封件(A型)、O型密封圈、进油口、套杆密封件、清洁环、滑动轴承、整体支架、螺母紧固装置B、螺纹衬套、节流阀、缓冲套A、活塞、缓冲套B、活塞杆、带排气的单向阀、法兰、大斜齿轮。所述的整体支架为框架结构，起到整体支撑和固定的作用；电机导轨顶部设于整体支架的顶部框架上，位于右侧；负载放置于整体支架的底部框架上。所述活塞杆的下方通过滑套深入到缸体中与活塞连接，活塞杆的下方与活塞之间套结有密封圈和缓冲套A，螺纹衬套固结在缓冲套A的外围，螺纹衬套、缓冲套B和缓冲套A为活塞提供竖直方向的约束力，使螺纹衬套、缓冲套A、缓冲套B、活塞和活塞杆成为一个有机整体，其整体在缸体中可以作上下往复运动。所述活塞侧壁与缸体内壁通过A型柱塞密封紧密接触，A型柱塞密封能够使活塞受到水平方向的约束力，活塞杆上设置的螺纹衬套、缓冲套A和B能够使活塞与活塞杆受到竖直方向的约束力。所述法兰设于缸体上方，与活塞杆通过套杆密封件相接触，紧固住缸体的上半段部位，所述法兰与活塞杆之间还设有O型密封圈，用于往复运动的密封；所述的清洁环位于法兰上方，用于过滤液压油杂质，起到净化液压油的作用；所述缸体下方设有几个均匀分布的螺母紧固装置A、B，其将下端盖与缸体内壁下半段部位紧固在一起。所述进油口设于液压缸的上方，用于从外部向缸体内流入高能液压油，高能液压油通过液压能的作用推动活塞向下运动，流至缸体下方时，转变为低能液压油，进而从出油口流出，液压油的反复循环驱动着活塞和活塞杆作上下往复运动。所述出油口设于缸体侧壁的下方，与缸体内腔连通。所述液压缸的右侧安装伺服电机，伺服电机的右侧固定在电机导轨上，伺服电机沿电机导轨可以作上下往复运动，伺服电机的下方输出端通过平键与一对啮合的斜齿轮连接，所述大小斜齿轮还都通过平键与活塞杆连接，通过斜齿轮运动的传递，将伺服电机的旋转驱动力输送到活塞杆上，从而带动活塞杆进行旋转。平键具有在同等轴径下承受扭矩大，使用寿命长和导向性好等优点；考虑到运动传递过程中的稳定性和承载能力等问题，采用螺旋角为30度的斜齿轮作为此次运动与动力传递的机构。所述活塞杆上方安装有滑动轴承，所述滑动轴承包含轴径、轴瓦、轴承座、轴承盖四部分，轴承盖和轴承座通过螺柱连接，两者的接合面由销钉定位，放置不同厚度的垫片调节轴承间隙；所述轴径安装在活塞杆的小段槽中，轴瓦套在轴径上，当活塞杆上下运动的过程中，通过轴间的作用，带动滑动轴承整体作上下运动，中间的支架将滑动轴承与伺服电机进行连接，牵引着伺服电机在电机导轨中作上下运动。所述活塞杆的底部通过支架和螺栓与止推轴承连接，所述止推轴承由两个止推垫片和许多滚动体组成，滚动体由铜质保持架组合成整体。所述止推轴承下方设有弹簧，弹簧下端放置负载；活塞杆上下运动的同时，在伺服电机的作用下还作着旋转运动，当活塞杆推动着弹簧挤压负载时，在压力的作用下，止推轴承会将旋转运动分离，下端负载静止，而活塞杆仍然在作旋转运动，其中止推轴承起到运动分离的作用。进一步的，所述的活塞杆和活塞的材料均采用45钢。进一步的，所述的进油口左侧安装带排气的单向阀，用于排除液压缸内多余的空气，起到平衡压力的作用。进一步的，所述的出油口左侧装有节流阀，用于将液压油调到需要的压力和流量，使节省的液压油的量输回到低压的一侧，保证整个液压油能够循环流动。本技术的效果和益处是：活塞杆和活塞在伺服电机的作用下旋转，相较于之前没有旋转作用只有上下作用的驱动力，活塞与缸体壁之间的静摩擦可以转换为滑动摩擦，根据滑动摩擦比静摩擦小得多的物理原理，可以大大有效降低摩擦力的影响，提高运动精度，延长液压缸的使用寿命。附图说明图1是一种活塞杆可旋转式减摩液压装置的部分半抛示意图。图中：1电机导轨；2伺服电机；3小斜齿轮；4负载；5弹簧；6止推轴承；7螺母紧固装置A；8出油口；9缸体内壁；10柱塞密封件(A型)；11O型密封圈；12进油口；13套杆密封件；14清洁环；15滑动轴承；16整体支架；17螺母紧固装置B；18螺纹衬套；19节流阀；20缓冲套A；21活塞；22缓冲套B；23活塞杆；24带排气的单向阀；25法兰；26大斜齿轮。图2是活塞杆的主视图，其是一种阶梯轴式的结构。具体实施方式以下结合技术方案和附图详细叙述本技术的具体实施方式。如图1所示，一种活塞杆可旋转式减摩液压装置，该部分液压装置具体包括电机导轨1、伺服电机2、小斜齿轮3、负载4、弹簧5、止推轴承6、螺母紧固装置7、出油口8、缸体内壁9、柱塞密封(A型)10、O型密封圈11、进油口12、套杆密封13、清洁环14、滑动轴承15、整体支架16、螺母紧固装置17、螺纹衬套18、节流阀19、缓冲套A20、活塞21、缓冲套22、活塞杆23、带排气的单向阀24、法兰25、大斜齿轮26。所述活塞杆23的下方通过滑套深入到缸体中并且与所述活塞21进行连接，活塞杆23的下方与所述活塞21之间套结有密封圈和缓冲套A20、B22；A型柱塞密封10使活塞21与缸体内壁9固连，从而让活塞21受到水平方向的约束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三轴试验中减少静摩擦影响的装置，其特征在于，所述的装置包括电机导轨(1)、伺服电机(2)、小斜齿轮(3)、负载(4)、弹簧(5)、止推轴承(6)、螺母紧固装置A(7)、套杆密封件(13)、清洁环(14)、滑动轴承(15)、整体支架(16)、螺纹衬套(18)、活塞(21)、活塞杆(23)、法兰(25)、大斜齿轮(26)；/n所述的整体支架(16)为框架结构，起到整体支撑和固定的作用；电机导轨(1)顶部设于整体支架(16)的顶部框架上，位于右侧；负载(4)放置于整体支架(16)的底部框架上；/n所述活塞杆(23)的下方通过滑套深入到缸体中与活塞(21)连接，螺纹衬套(18)、缓冲套A(20)、活塞(21)和活塞杆(23)为一个有机整体，其整体在缸体中可以作上下往复运动；活塞(21)侧壁与缸体内壁(9)通过A型柱塞密封(10)紧密接触；/n所述法兰(25)设于缸体上方，与活塞杆(23)通过套杆密封件(13)相接触，紧固住缸体的上半段部位；所述的清洁环(14)位于法兰(25)上方；所述缸体下方设有均匀分布的螺母紧固装置A(7)，其将下端盖与缸体内壁(9)下半段部位紧固在一起；/n液压缸的上方设有进油口(12)，用于从外部向缸体内流入高能液压油，出油口(8)设于缸体侧壁的下方，与缸体内腔连通；液压油的反复循环驱动着活塞(21)和活塞杆(23)作上下往复运动；所述的进油口(12)左侧安装带排气的单向阀(24)，用于排除液压缸内多余的空气；所述的出油口(8)左侧装有节流阀(19)，用于将液压油调到需要的压力和流量，保证整个液压油能够循环流动；/n液压缸的右侧安装伺服电机(2)，伺服电机(2)的右侧固定在电机导轨(1)上，伺服电机(2)沿电机导轨(1)可作上下往复运动，伺服电机(2)下方与一对啮合的小斜齿轮(3)、大斜齿轮(26)连接，所述大斜齿轮(26)、小斜齿轮(3)均通过平键与活塞杆(23)连接，通过斜齿轮运动的传递，将伺服电机(2)的旋转驱动力输送到活塞杆(23)上，从而带动活塞杆(23)进行旋转；/n所述活塞杆(23)上方安装有滑动轴承(15)，活塞杆(23)上下运动带动滑动轴承(15)整体作上下运动，牵引着伺服电机(2)在电机导轨(1)中作上下运动；/n所述活塞杆(23)的底部与止推轴承(6)连接；所述止推轴承(6)下方设有弹簧(5)，弹簧(5)下端放置负载(4)；活塞杆(23)上下运动的同时，在伺服电机(2)的作用下还作旋转运动；当活塞杆(23)推动着弹簧(5)挤压负载(4)时，在压力的作用下，止推轴承(6)会将旋转运动分离，下端负载(4)静止，而活塞杆(23)仍然在作旋转运动，其中止推轴承(6)起到运动分离的作用。/n...

【技术特征摘要】
1.一种三轴试验中减少静摩擦影响的装置，其特征在于，所述的装置包括电机导轨(1)、伺服电机(2)、小斜齿轮(3)、负载(4)、弹簧(5)、止推轴承(6)、螺母紧固装置A(7)、套杆密封件(13)、清洁环(14)、滑动轴承(15)、整体支架(16)、螺纹衬套(18)、活塞(21)、活塞杆(23)、法兰(25)、大斜齿轮(26)；
所述的整体支架(16)为框架结构，起到整体支撑和固定的作用；电机导轨(1)顶部设于整体支架(16)的顶部框架上，位于右侧；负载(4)放置于整体支架(16)的底部框架上；
所述活塞杆(23)的下方通过滑套深入到缸体中与活塞(21)连接，螺纹衬套(18)、缓冲套A(20)、活塞(21)和活塞杆(23)为一个有机整体，其整体在缸体中可以作上下往复运动；活塞(21)侧壁与缸体内壁(9)通过A型柱塞密封(10)紧密接触；
所述法兰(25)设于缸体上方，与活塞杆(23)通过套杆密封件(13)相接触，紧固住缸体的上半段部位；所述的清洁环(14)位于法兰(25)上方；所述缸体下方设有均匀分布的螺母紧固装置A(7)，其将下端盖与缸体内壁(9)下半段部位紧固在一起；
液压缸的上方设有进油口(12)，用于从外部向缸体内流入高能液压油，出油口(8)设于缸体侧壁的下方，与缸体内腔连通；液压油的反复循环驱动着活塞(21)和活塞杆(23)作上下往复运动；所述的进油口(12)左侧安装带排气的单向阀(24)，用于排除液压缸内多余的空气；所述的出油口(8)左侧装有节流阀(19)，用于将液压油调到需要的压力和流量，保证整个液压油能够循环流动；
液压缸的右侧安装伺服电机(2)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑勇，孔宪京，邹德高，王意宾，刘京茂，周晨光，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：辽宁;21