一种能产生涡流阻尼的独立供气气浮无摩擦缸的阻尼系数测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种能产生涡流阻尼的独立供气气浮无摩擦缸的阻尼系数测试装置，包括独立供气气浮无摩擦缸、激光位移传感器、供气系统和控制系统。供气系统向气浮活塞和空气轴承内腔通气，在气浮活塞与缸体内壁、空气轴承与活塞杆间形成气压承载膜来消除摩擦力。气缸内装有永磁体，利用其产生的涡流来减轻震动。测试时，气缸内的活塞杆—气浮活塞组件自由下落，组件与缸筒内壁间无接触，仅受到涡流阻尼力，该阻尼力随下落速度的加快而增大，当阻尼力与重力相等时，组件达到匀速状态；利用该速度和组件重力可计算出阻尼系数。本发明专利技术利用这种非接触式的的涡流阻尼力取代气缸摩擦力，大大提高了气缸的伺服控制精度，操作简单、测试结果精确。结果精确。结果精确。

【技术实现步骤摘要】
一种能产生涡流阻尼的独立供气气浮无摩擦缸的阻尼系数测试装置及方法


[0001]本专利技术涉及气缸
，具体涉及一种能产生涡流阻尼的独立供气气浮无摩擦缸的阻尼系数测试装置及方法。

技术介绍

[0002]气动技术由于其自身结构简单、易维护、成本低廉、清洁无污染等优势被广泛应用于工业生产和自动化等多个领域。气缸是气动系统中最常见的一种执行器。然而，在气缸运动过程中，由于密封圈的存在，不可避免地会引入摩擦力。摩擦力的复杂性和不确定性，会导致气缸难以进行高精度的输出力伺服控制；摩擦力在低速时存在的负阻尼特性，将导致气缸在低速运动时的位置伺服控制精度不高。因此，寻找一种其他形式的力，能够替代摩擦力向气缸提供稳定的减震效应是一个值得探索的方向。
[0003]近些年，随着气体静压润滑原理被应用到气缸上，多种不同结构的气悬浮无摩擦气缸被提出。例如申请号为201721624619.5的中国技术专利公开了一种通用的双作用气浮无摩擦气缸，依靠一个空气轴承和一个自行设计的带有对称分布的多个节流孔的中空活塞，实现了气缸的无摩擦运动。这样虽然能够实现气缸高精度的输出力伺服控制，然而由于没有阻尼，气缸在进行位置伺服控制过程中，会产生不期望的振动，使得其位置控制精度不高。为此，申请号为201810960129.5和201810960472.X的中国专利技术专利公开了两种不同类型的摩擦可控气缸，在无摩擦气缸的基础上，利用气囊的膨胀与收缩，实现了一种摩擦力有无以及摩擦力大小可控的气缸。然而，这种直接接触形式的摩擦力是难以精确施加的。采用这种方法虽然能够在一定程度改善无摩擦气缸的位置伺服控制，但是控制精度仍是一个难以突破的技术问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的不足，本专利技术通过给气浮气缸增加阻尼，利用稳定的阻尼取代传统气缸中不稳定的摩擦力，既能避免传统气缸内活塞与缸筒之间摩擦力的不确定性，又能避免现有气浮气缸中实现无摩擦后气缸在运动过程中产生振荡。但系统阻尼会影响隔振效率，阻尼越大气缸损耗的能量越多，阻尼很小时对隔振效率的影响与无阻尼时相差不大。基于此，本专利技术提供了一种能产生涡流阻尼的独立供气气浮无摩擦缸的阻尼系数测试装置及方法，来检测所加阻尼系数大小，观察减震效果是否符合工况需求。本专利技术通过独立供气形成高压承载膜来消除摩擦力的影响，同时在原有气浮气缸结构中增加一对永磁体模块，利用其产生的阻尼力代替控制精度较低的摩擦力进行减震，避免了摩擦力的不确定性，大大提高了气缸的位置控制精度，并针对该气缸设计了一种简易的阻尼系数测试装置。
[0005]一种能产生涡流阻尼的独立供气气浮无摩擦缸的阻尼系数测试装置，包括独立供气气浮无摩擦缸、激光位移传感器、供气系统和控制系统；
[0006]所述独立供气气浮无摩擦缸安装在一块竖直安装台上，包括活塞杆、空气轴承、前端盖、缸筒、永磁体模块、气浮活塞、锥形螺旋气管、后端盖和活塞前盖；所述前端盖、后端盖分别装在缸筒的两端，活塞杆穿过前端盖伸入缸筒内部，所述空气轴承装在活塞杆与前端盖之间，空气轴承与活塞杆间留有间隙，前端盖上开设有贯穿至空气轴承内腔的第二进气口，空气轴承的圆周壁上均匀分布若干个径向贯穿轴承壁的节流孔；所述后端盖上开设有与供气系统连通的第一进气口，第一进气口与气浮活塞后端的进气孔之间由锥形螺旋气管连通；所述气浮活塞与缸筒间留有间隙，气浮活塞的圆周壁上均匀分布若干个径向贯穿活塞壁的节流孔，活塞前盖固定安装在气浮活塞的前端；所述活塞前盖与活塞杆活动连接；所述永磁体模块固定在活塞前盖两侧或气浮活塞内部；所述后端盖上开设有贯穿端壁的无杆腔气口，前端盖上开设有贯穿端壁的有杆腔气口；
[0007]所述气浮活塞的外圆周壁上开设有若干条内部通道三，两端开设环型泄压槽；所述活塞前盖内部开设有连通内部通道三的轴向内部通道二；所述活塞杆内部开设有轴向内部通道一，内部通道一一端与内部通道二通过气管连通，另一端通向大气；气浮活塞内的气体经节流孔流向气浮活塞两端的泄压槽，并依次经内部通道三、内部通道二、气管和内部通道一排向大气；
[0008]所述控制系统包括计算机、数据采集卡、PWM信号发生器和开关阀；所述开关阀用于控制无杆腔气口、有杆腔气口与大气的通断，计算机经数据采集卡和PWM信号发生器控制开关阀的通断；
[0009]所述激光位移传感器安装在竖直安装台上，激光位移传感器发射的激光能够照射在活塞杆端面上；激光位移传感器上的位置信息经数据采集卡的A/D端口传输至计算机；
[0010]所述供气系统包括气源、稳压气罐，稳压气罐与第一进气口、第二进气口气路连接，所述气源产生的压缩空气经稳压气罐输送至空气轴承和气浮活塞的内腔中。
[0011]进一步地，所述供气系统还包括沿输气方向依次设在气源与稳压气罐之间的过滤器和比例方向阀、以及负责采集稳压气罐内的气压信息的压力传感器；所述气源产生的压缩空气经过滤器和比例方向阀后通入稳压气罐；所述压力传感器将采集到的信息经数据采集卡的A/D端口传输至计算机，计算机经数据采集卡的D/A端口调节比例方向阀，进而调控稳压气罐内的气压值。
[0012]进一步地，所述供气系统还包括沿输气方向依次设在气源与稳压气罐之间的过滤器和精密减压阀，所述精密减压阀负责将过滤后的气体压力直接调节为设定值后通入稳压气罐。
[0013]进一步地，所述开关阀分为常闭高速开关阀一和常闭高速开关阀二，所述独立供气气浮无摩擦缸的无杆腔气口与常闭高速开关阀一连接，有杆腔气口直接连通大气；或独立供气气浮无摩擦缸的有杆腔气口与常闭高速开关阀二连接，无杆腔气口直接连通大气；或独立供气气浮无摩擦缸的有杆腔气口和无杆腔气口分别与常闭高速开关阀二和常闭高速开关阀一连接。
[0014]进一步地，所述永磁体模块为轴向充磁，或径向充磁，或海尔贝克阵列结构。
[0015]进一步地，所述活塞前盖与活塞杆通过球铰实现活动连接。
[0016]进一步地，所述活塞杆、气浮活塞、活塞前盖和球铰均由不导磁的金属材料制成。
[0017]进一步地，所述独立供气气浮无摩擦缸两端分别由两个固定架夹持住，所述固定
架通过螺栓固定在竖直安装台上。
[0018]基于以上任一项所述的能产生涡流阻尼的独立供气气浮无摩擦缸的阻尼系数测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0019]步骤1：将独立供气气浮无摩擦缸中的活塞杆前端竖直向下可拆卸式的安装在竖直安装台上，激光位移传感器安装在活塞杆正下方，使得激光头发射的激光能够照射在活塞杆端面上，稳压气罐开始对空气轴承和气浮活塞内腔通气，计算机经数据采集卡和PWM信号发生器控制开启开关阀；
[0020]步骤2：将活塞杆—气浮活塞组件手动推至后端盖处，然后使其自由下落，激光位移传感器实时检测并记录位置信息，位置信息经数据采集卡的A/D端口传输至计算机；
[0021]步骤3：设定一个位移预警距离，激光位移传感器在检测到活塞杆—气浮活塞组件的位移量大于该位移预警距离时，计算机发出指令关闭开关阀；
[0022本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能产生涡流阻尼的独立供气气浮无摩擦缸的阻尼系数测试装置，其特征在于，包括独立供气气浮无摩擦缸(16)、激光位移传感器(19)、供气系统和控制系统；所述独立供气气浮无摩擦缸(16)安装在一块竖直安装台(18)上，包括活塞杆(1)、空气轴承(2)、前端盖(3)、缸筒(4)、永磁体模块(5)、气浮活塞(6)、锥形螺旋气管(8)、后端盖(9)和活塞前盖(14)；所述前端盖(3)、后端盖(9)分别装在缸筒(4)的两端，活塞杆(1)穿过前端盖(3)伸入缸筒(4)内部，所述空气轴承(2)装在活塞杆(1)与前端盖(3)之间，空气轴承(2)与活塞杆(1)间留有间隙，前端盖(3)上开设有贯穿至空气轴承(2)内腔的第二进气口(34)，空气轴承(2)的圆周壁上均匀分布若干个径向贯穿轴承壁的节流孔(7)；所述后端盖(9)上开设有与供气系统连通的第一进气口(33)，第一进气口(33)与气浮活塞(6)后端的进气孔之间由锥形螺旋气管(8)连通；所述气浮活塞(6)与缸筒(4)间留有间隙，气浮活塞(6)的圆周壁上均匀分布若干个径向贯穿活塞壁的节流孔(7)，活塞前盖(14)固定安装在气浮活塞(6)的前端；所述活塞前盖(14)与活塞杆(1)活动连接；所述永磁体模块(5)固定在活塞前盖(14)两侧或气浮活塞(6)内部；所述后端盖(9)上开设有贯穿端壁的无杆腔气口(32)，前端盖(3)上开设有贯穿端壁的有杆腔气口(31)；所述气浮活塞(6)的外圆周壁上开设有若干条内部通道三(15)，两端开设环型泄压槽；所述活塞前盖(14)内部开设有连通内部通道三(15)的轴向内部通道二(13)；所述活塞杆(1)内部开设有轴向内部通道一(10)，内部通道一(10)一端与内部通道二(13)通过气管(12)连通，另一端通向大气；气浮活塞(6)内的气体经节流孔(7)流向气浮活塞(6)两端的泄压槽，并依次经内部通道三(15)、内部通道二(13)、气管(12)和内部通道一(10)排向大气；所述控制系统包括计算机(20)、数据采集卡(21)、PWM信号发生器(22)和开关阀；所述开关阀用于控制无杆腔气口(32)、有杆腔气口(31)与大气的通断，计算机(20)经数据采集卡(21)和PWM信号发生器(22)控制开关阀的通断；所述激光位移传感器(19)安装在竖直安装台(18)上，激光位移传感器(19)发射的激光能够照射在活塞杆(1)端面上；激光位移传感器(19)上的位置信息经数据采集卡(21)的A/D端口传输至计算机(20)；所述供气系统包括气源(23)、稳压气罐(27)，稳压气罐(27)与第一进气口(33)、第二进气口(34)气路连接，所述气源(23)产生的压缩空气经稳压气罐(27)输送至空气轴承(2)和气浮活塞(6)的内腔中。2.根据权利要求1所述的能产生涡流阻尼的独立供气气浮无摩擦缸的阻尼系数测试装置，其特征在于，所述供气系统还包括沿输气方向依次设在气源(23)与稳压气罐(27)之间的过滤器(24)和比例方向阀(26)、以及负责采集稳压气罐(27)内的气压信息的压力传感器(28)；所述气源(23)产生的压缩空气经过滤器(24)和比例方向阀(26)后通入稳压气罐(27)；所述压力传感器(28)将采集到的信息经数据采集卡(21)的A/D端口传输至计算机(20)，计算机(20)经数据采集卡(21)的D/A端口调节比例方向阀(26)，进而调控稳压气罐(27)内的气压值。3.根据权利要求1所述的能产生涡流阻尼的独立供气气浮无摩擦缸的阻尼系数测试装置，其特征在于，所述供气系统还包括沿输气方向依次设在气源(23)与稳压气罐(27)之间的过滤器(24)和精密减压阀(25)，所述精密减压阀(25)负责将过滤后的气体压力直接调节为设定值后通入稳压气罐(27)。
4.根据权利要求1所述的能产生涡流阻尼的独立供气气浮无摩擦缸的阻尼系数测试装置，其特征在于，所述开关阀分为常闭高速开关阀一(29)和常闭高速开关阀二(30)，所述独立供气气浮无摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱鹏飞，浦晨玮，刘磊，李想，宋天浩，杜明泽，丁陈林，罗辉，戴开宇，张兵，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：