一种具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试装置，包括具有涡流阻尼的气浮气缸、激光位移传感器、用于可拆卸式安装具有涡流阻尼的气浮气缸和激光位移传感器的竖直安装台、气路控制系统；气浮气缸包括缸筒、设置在缸筒内且与缸筒之间留有间隙的气浮活塞、穿入气浮活塞内且与气浮活塞螺纹连接的活塞杆、设置在缸筒两端的前端盖和后端盖，活塞杆通过空气轴承支撑在前端盖内且活塞杆与空气轴承之间留有间隙，气浮活塞上固定有永磁体模块，本发明专利技术中阻尼系数测试方法简单易实现，测试结果准确，通过多次测试取平均值，进一步提高测试结果的准确性，且对运动部件组合下落过程中实现缓冲，实现对气浮气缸的保护。实现对气浮气缸的保护。实现对气浮气缸的保护。

【技术实现步骤摘要】
一种具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试装置及方法


[0001]本专利技术涉及到气缸
，具体为具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试装置及方法。

技术介绍

[0002]气动技术是一种以压缩空气为工作介质传递能量和信号的工程技术，由于其清洁无污染、功率质量比高的优点被广泛应用于机器人、医疗机械等领域。然而传统结构的执行气缸由于存在强非线性的摩擦力，在低速运动时容易产生时走时停的“爬行”现象，这严重影响气缸性能。
[0003]近些年，一些学者根据空气轴承中的静压气体润滑原理设计出多种不同结构的气浮活塞，最终开发出无摩擦气缸。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，利用一个现有的空气轴承和一个设计的气浮活塞实现了活塞杆与前端盖以及活塞与气缸筒内壁之间无接触，真正实现了无摩擦运动。然而这样虽然能够实现气缸高精度的输出力伺服控制，但其运动伺服控制精度不高，这正是由于系统没有阻尼，运动过程中会产生振荡。
[0004]给气浮气缸增加阻尼，需要考虑所增加阻尼的稳定性，利用稳定的涡流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，又能减少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；而增加的涡流阻尼越大，气缸能量损耗越大，涡流阻尼越小，气缸内越容易产生振荡，因此增加涡流阻尼时需要考虑涡流阻尼的大小，而涡流阻尼大小受涡流阻尼系数和活塞与缸筒之间相对运动速度影响，其中活塞与缸筒之间相对运动速度根据工作需要调节，因此测试出涡流阻尼系数大小，即可便于对气缸工作状态的分析，因此非常有必要设计气缸阻尼系数大小测试装置。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试装置。本专利技术中根据运动部件组合下落过程上方气压与下方气压相等，当涡流阻尼力与重力相等时开始匀速下落，通过测试匀速下落时的速度即可计算出涡流阻尼系数的大小。
[0006]本专利技术采取的技术方案是：
[0007]一种具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试装置，包括具有涡流阻尼的气浮气缸、激光位移传感器、用于可拆卸式安装具有涡流阻尼的气浮气缸和激光位移传感器的竖直安装台、气路控制系统；
[0008]所述具有涡流阻尼的气浮气缸包括缸筒、设置在缸筒内且与缸筒之间留有间隙的气浮活塞、穿入气浮活塞内且与气浮活塞螺纹连接的活塞杆、设置在缸筒两端的前端盖和后端盖，活塞杆通过空气轴承支撑在前端盖内且活塞杆与空气轴承之间留有间隙，气浮活塞上固定有永磁体模块，缸筒内由气浮活塞分为包含活塞杆的有杆腔和无杆腔，后端盖上设置有与缸筒内无杆腔连通的无杆腔气孔，前端盖上设置有与空气轴承连通的空气轴承通
气孔，前端盖上还设置有与缸筒内有杆腔连通的有杆腔气孔；
[0009]所述气路控制系统包括供气装置、计算机、数据采集卡、信号发生器、用于控制空气轴承供气的高速开关阀一、高速开关阀二，数据采集卡的A/D端与活塞杆上方的激光位移传感器电性连接，用于对激光位移传感器检测的数据进行采集，数据采集卡与计算机电性连接，数据采集卡的D/A端经信号发生器与高速开关阀一、高速开关阀二电性连接，高速开关阀二与后端盖上的无杆腔气孔连接，高速开关阀一连接供气装置和前端盖上的空气轴承通气孔。
[0010]进一步的，气浮活塞的后端内侧上设有凹槽，使活塞杆与所述凹槽构成小空腔，气浮活塞圆周壁上均匀设置有连通内腔和气浮活塞与缸筒之间间隙的节流孔，气浮活塞圆周壁上设置有轴向延伸的内部通道一，气浮活塞端面壁上设置有径向分布的内部通道二，内部通道二连通内部通道一和小空腔；
[0011]活塞杆内轴向设置有互不相通的进气通道和排气通道，进气通道终止于活塞杆内部，且活塞杆上设置有径向的且连通进气通道和气浮活塞内腔的侧向连通孔，排气通道轴向贯穿活塞杆且与小空腔连通，气浮活塞由外部提供且经进气通道、气浮活塞内腔、节流孔进入气浮活塞与缸筒之间间隙的气膜承载。
[0012]进一步的，所述供气装置包括气源和气罐，气源和气罐之间依次连接有分离器和减压阀，气罐上设置有压力传感器且压力传感器与数据采集卡A/D端连接，气罐与高速开关阀一连接，高速开关阀一与空气轴承之间连接有过滤器。
[0013]进一步的，所述具有涡流阻尼的气浮气缸下方设置有电磁铁且电磁铁磁极与永磁体模块的磁极相反；电磁铁与外接电源连接，且外接电源的开闭状态经过数据采集卡D/A端受计算机控制。
[0014]进一步的，所述气路控制系统还包括三位四通电磁阀，三位四通电磁阀连接高速开关阀二和后端盖上的无杆腔气孔，三位四通电磁阀与数据采集卡的D/A端电性连接，高速开关阀二还与气罐连接。
[0015]进一步的，所述气浮活塞远离活塞杆的一端还可通过可拆卸连接方式与圆锥形的锥头实现连接。
[0016]进一步的，所述气浮活塞和活塞杆均采用非铁磁材料制成；所述具有涡流阻尼的气浮气缸通过螺纹紧固件与固定板实现可拆卸连接，固定板通过螺纹紧固件与竖直安装台实现可拆卸连接。
[0017]具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试方法，包括以下步骤：
[0018]S1.选取待测具有涡流阻尼的气浮气缸，卸下前端盖，取出气浮活塞，并在气浮活塞上远离活塞杆的一端连接上锥头，同时测出活塞杆、气浮活塞、永磁体模块和锥头的总质量m，记活塞杆、气浮活塞、永磁体模块和锥头为运动部件组合，将运动部件组合安装到缸筒内后，把前端盖安装到缸筒上；
[0019]S2.将具有涡流阻尼的气浮气缸安装在竖直安装台上，将激光位移传感器安装在活塞杆正上方，使激光位移传感器发射的激光照射在活塞杆的端面，用于监测活塞杆的位置信息，将空气轴承通气孔与高速开关阀一连接，有杆腔气孔与大气连通，无杆腔气孔与高速开关阀二连接，并在计算机上设置运动部件组合距离缸筒底端的阈值下限；
[0020]S3.通过计算机开启高速开关阀一，气罐向空气轴承内通气，使活塞杆对中，开启
高速开关阀二，使无杆腔气体与大气相通，即无杆腔气体气压与大气压相等，手动将运动部件组合往上拉，直至气浮活塞被拉至前端盖处；
[0021]S4.手动松开运动部件组合，运动部件组合下落，下落过程中运动部件组合速度先逐渐增大，缸筒对运动部件组合产生的涡流阻尼逐渐增大，直至涡流阻尼与运动部件组合重力相等后运动部件组合开始匀速下落，激光位移传感器实时监测活塞杆的位置信息，并将信息通过数据采集卡实时传递给计算机，从而计算机得出活塞杆的时间
‑
位置信息；
[0022]S5.当计算机计算到运动部件组合与缸筒底端距离达到设定的阈值下限时，计算机控制高速开关阀二关闭，气浮活塞下方气体被压缩，气浮活塞下方气体与上方气体间产生压力差，运动部件组合下落过程中受到压力差形成的阻力，对运动部件组合的下落起到缓冲作用；
[0023]S6.计算机根据活塞杆的时间
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位置信息，计算出当涡流阻尼与运动部件组合重力相等时的匀速运动速度v，根据涡流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试装置，其特征在于：包括具有涡流阻尼的气浮气缸(16)、激光位移传感器(15)、用于可拆卸式安装具有涡流阻尼的气浮气缸(16)和激光位移传感器(15)的竖直安装台(14)、气路控制系统；所述具有涡流阻尼的气浮气缸(16)包括缸筒(4)、设置在缸筒(4)内且与缸筒(4)之间留有间隙的气浮活塞(8)、穿入气浮活塞(8)内且与气浮活塞(8)螺纹连接的活塞杆(1)、设置在缸筒(4)两端的前端盖(3)和后端盖(10)，活塞杆(1)通过空气轴承(2)支撑在前端盖(3)内且活塞杆(1)与空气轴承(2)之间留有间隙，气浮活塞(8)上固定有永磁体模块(7)，缸筒(4)内由气浮活塞(8)分为包含活塞杆(1)的有杆腔和无杆腔，后端盖(10)上设置有与缸筒(4)内无杆腔连通的无杆腔气孔(33)，前端盖(3)上设置有与空气轴承(2)连通的空气轴承通气孔(34)，前端盖(3)上还设置有与缸筒(4)内有杆腔连通的有杆腔气孔(32)；所述气路控制系统包括供气装置、计算机(18)、数据采集卡(19)、信号发生器(20)、用于控制空气轴承(2)供气的高速开关阀一(26)、高速开关阀二(27)，数据采集卡(19)的A/D端与活塞杆(1)上方的激光位移传感器(15)电性连接，用于对激光位移传感器(15)检测的数据进行采集，数据采集卡(19)与计算机(18)电性连接，数据采集卡(19)的D/A端经信号发生器(20)与高速开关阀一(26)、高速开关阀二(27)电性连接，高速开关阀二(27)与后端盖(10)上的无杆腔气孔(33)连接，高速开关阀一(26)连接供气装置和前端盖(3)上的空气轴承通气孔(34)。2.根据权利要求1所述的具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试装置，其特征在于：气浮活塞(8)的后端内侧上设有凹槽，使活塞杆(1)与所述凹槽构成小空腔(12)，气浮活塞(8)圆周壁上均匀设置有连通内腔和气浮活塞(8)与缸筒(4)之间间隙的节流孔(9)，气浮活塞(8)圆周壁上设置有轴向延伸的内部通道一(11)，气浮活塞(8)端面壁上设置有径向分布的内部通道二(13)，内部通道二(13)连通内部通道一(11)和小空腔(12)；活塞杆(1)内轴向设置有互不相通的进气通道(5)和排气通道(6)，进气通道(5)终止于活塞杆(1)内部，且活塞杆(1)上设置有径向的且连通进气通道(5)和气浮活塞(8)内腔的侧向连通孔，排气通道(6)轴向贯穿活塞杆(1)且与小空腔(12)连通，气浮活塞(8)由外部提供且经进气通道(5)、气浮活塞(8)内腔、节流孔(9)进入气浮活塞(8)与缸筒(4)之间间隙的气膜承载。3.根据权利要求1所述的具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试装置，其特征在于：所述供气装置包括气源(25)和气罐(22)，气源(25)和气罐(22)之间依次连接有分离器(24)和减压阀(23)，气罐(22)上设置有压力传感器(21)且压力传感器(21)与数据采集卡(19)A/D端连接，气罐(22)与高速开关阀一(26)连接，高速开关阀一(26)与空气轴承(2)之间连接有过滤器(28)。4.根据权利要求1所述的具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试装置，其特征在于：所述具有涡流阻尼的气浮气缸(16)下方设置有电磁铁(30)且电磁铁(30)磁极与永磁体模块(7)的磁极相反；电磁铁(30)与外接电源连接，且外接电源的开闭状态经过数据采集卡(19)D/A端受计算机(18)控制。5.根据权利要求3所述的具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试装置，其特征在于：所述气路控制系统还包括三位四通电磁阀(31)，三位四通电磁阀(31)连接高速开关阀二(27)和后端盖(10)上的无杆腔气孔(33)，三位四通电磁阀(31)与数据采集卡(19)的D/A端
电性连接，高速开关阀二(27)还与气罐(22)连接。6.根据权利要求1所述的具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试装置，其特征在于：所述气浮活塞(8)远离活塞杆(1)的一端还可通过可拆卸连接方式与圆锥形的锥头(29)实现连接。7.根据权利要求1所述的具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试装置，其特征在于：所述气浮活塞(8)和活塞杆(1)均采用非铁磁材料制成；所述具有涡流阻尼的气浮气缸(16)通过螺纹紧固件与固定板(17)实现可拆卸连接，固定板(17)通过螺纹紧固件与竖直安装台(14)实现可拆卸连接。8.根据权利要求1
‑
7任一项所述的具有涡流阻尼的气浮气缸的阻尼系数测试方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.选取待测具有涡流阻尼的气浮气缸(16)，卸下前端盖(3)，取出气浮活塞(8)，并在气浮活塞(8)上远离活塞杆(1)的一端连接上锥头(29)，同时测出活塞杆(1)、气浮活塞(8)、永磁体模块(7)和锥头(29)的总质量m，记活塞杆(1)、气浮活塞(8)、永磁体模块(7)和锥头(29)为运动部件组合，将运动部件组合安装到缸筒(4)内后，将前端盖(3)安装到缸筒(4)上；S2.将具有涡流阻尼的气浮气缸(16)安装在竖直安装台(14)上，将激光位...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱鹏飞，罗辉，刘磊，浦晨玮，吴洁，黄凯，李想，徐元瞳，戴开宇，张兵，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：