一种表面节流型无摩擦平衡气缸及工作方法技术

一种表面节流型无摩擦平衡气缸及工作方法，它包含前端盖、缸体、活塞杆、活塞和后端盖；所述活塞的外表面上开有两个圆周凹槽，与前端盖相邻的圆周凹槽为供气槽，与后端盖相邻的圆周凹槽为卸气槽，卸气槽内开有与缸体内腔相通的卸气孔，活塞的与后端盖相邻的端面上沿轴向布置有供气通道，卸气孔与供气通道不相通，供气槽上开有与供气通道相通的供气孔，所述活塞的外表面设置有三段圆周凸台，以使气体进入到活塞与缸体之间的间隙中进行表面节流形成压力气膜。本发明专利技术占用空间小、加工装配简单、精度高、不易坏，能可靠的适用于超精密机床垂直轴平稳的垂直运动。平稳的垂直运动。平稳的垂直运动。

【技术实现步骤摘要】
一种表面节流型无摩擦平衡气缸及工作方法


[0001]本专利技术属于气缸
，尤其涉及一种表面节流型无摩擦平衡气缸及工作方法。

技术介绍

[0002]超精密机床在超精密加工、测量等领域发挥着巨大的作用。近年来，许多学者展开了针对超精密机床垂直轴的相关研究，为了保证超精密机床垂直轴高精度、平稳的垂直运动，必须设计适当的平衡系统以抵消垂直轴移动部件的重力，并且要求平衡系统必须最大限度的消除摩擦力以避免影响加工或测量精度，因此，平衡系统对保证超精密垂直轴伺服控制精度和加工稳定性具有重要作用。目前较为常见的垂直轴平衡系统主要有机械平衡和气缸平衡两种形式。
[0003]传统的气缸结构为实现降低摩擦的目的，通常采用提高零部件的加工和装配精度、改用特质的低摩擦材料、涂抹润滑脂、使用隔膜囊等手段来降低摩擦力。这些方法均只是通过各种途径降低了摩擦力，但并未真正意义上实现无摩擦。目前，针对无摩擦气缸的研究往往是通过气浮轴承来实现气缸的无摩擦性能，如CN116044859A涉及表面节流型无摩擦气缸，采用了气体静压轴承和若干个小孔节流器，达到节流和实现无摩擦接触的目的，但此种方式加大了装配难度，并影响运行精度。国内外学者在气浮轴承的动态特性和运行稳定性方面做了大量研究并取得了很多成果，也对无摩擦平衡气缸做了很多研究，但面向超精密机床垂直轴重力平衡系统的专用气缸研究还较少。因此，研究一种适用于超精密机床垂直轴的气浮无摩擦平衡气缸势在必行。

技术实现思路

[0004]本专利技术为克服现有技术，提供一种表面节流型无摩擦平衡气缸及工作方法。该节流型平衡气缸用于超精密机床垂直轴的重力平衡，可满足超精密机床垂直轴高精度、平稳运动的需求。
[0005]一种表面节流型无摩擦平衡气缸包含前端盖、缸体、活塞杆、活塞和后端盖，前端盖和后端盖之间布置有与二者密封连接的缸体，活塞杆和活塞布置在缸体内，活塞杆的一端可滑动地设置在前端盖上，活塞杆的另一端固定在活塞上，活塞与缸体的内表面滑动接触；
[0006]所述活塞的外表面上开有两个圆周凹槽，与前端盖相邻的圆周凹槽为供气槽，与后端盖相邻的圆周凹槽为卸气槽，卸气槽内开有与缸体内腔相通的卸气孔，活塞的与后端盖相邻的端面上沿轴向布置有供气通道，卸气孔与供气通道不相通，供气槽上开有与供气通道相通的供气孔，所述活塞的外表面设置有三段圆周凸台，以使气体进入到活塞与缸体之间的间隙中进行表面节流形成压力气膜。
[0007]进一步地，活塞杆的两端分别连接有球型接头，所述活塞杆后端的球型接头通过固定球头螺母与连接活塞螺栓相连，连接活塞螺栓与活塞相连，所述连接活塞螺栓位于活
塞中心，所述活塞杆前端的球型接头通过固定球头螺母与固定球头螺栓相连。
[0008]进一步地，所述前端盖内和后端盖内分别固定有防止活塞冲击的缓冲凸台。
[0009]进一步地，所述三段圆周凸台分别为与前端盖相邻的第一段圆周凸台，位于卸气槽两侧的第二段圆周凸台和第三段圆周凸台，第三段圆周凸台与后端盖相邻设置。
[0010]一种表面节流型无摩擦平衡气缸的工作方法，高压气体首先经后端盖侧面进气口和缓冲凸台的内孔进入缸体内部，进入缸体内部的高压气体的一部分经由活塞内部的供气通道再由供气孔及供气槽流入活塞与缸体之间的间隙中，由供气槽流入间隙的高压气体一部分往上遇到第一段圆周凸台进行表面节流形成压力气膜，再继续往上运动直接排出缸体，由供气槽流入间隙的高压气体的另一部分往下遇到第二段圆周凸台进行表面节流形成压力气膜，再经卸气槽及卸气孔进入活塞和缸体内并排出；进入缸体内部的高压气体的另一部分则直接从活塞的邻近后端盖的外侧面底部进入到活塞与缸体之间的间隙中，高压气体向上运动遇到第三段圆周凸台进行表面节流形成压力气膜，再经由卸气槽及卸气孔进入活塞和缸体内并排出。
[0011]本专利技术相比现有技术的有益效果是：
[0012]一、现有的无摩擦气缸的气浮轴承节流方式通常采用小孔节流式，小孔节流需要额外安装节流器，且节流器数量较多会加大装配难度影响运行精度。而表面节流是在轴承气膜表面设置凸台进行节流，由于没有节流孔无需考虑减小气膜厚度的限制，可以一定程度提高刚度，同时减小气体流量，在精密轴系中使用较为广泛。因此本专利技术采用表面节流型。
[0013]二、现有的无摩擦气缸为了避免由于单向供气导致的气缸内部的压差从而造成气体回流的现象，通常采用双路供气，这对加工装配要求较高且耗气量大。本专利技术在活塞上设置有两个凹槽，位于活塞下部的凹槽为卸气槽，位于活塞上部的凹槽为供气槽，卸气槽的设置保障了从底部向上的高压气体和从上方供气凹槽往下的高压气体的卸压，从而避免了气体回流的现象。
[0014]三、在活塞杆两端采用球型接头结构，方便活塞杆与垂直轴系连接件的装调，降低了传统无摩擦气缸活塞杆与垂直轴系连接件的装调同轴度要求，双球型接头的设计还可以避免活塞杆对活塞与缸体之间形成的表面节流气浮轴承的附加弯矩，使其仅受径向载荷。同时采用固定球头处螺栓、固定球头处螺母两个简单结构保证了活塞与活塞杆的稳定性连接。
[0015]四、在缸体内部前端盖下方及后端盖上方设置有聚氨酯材料的缓冲凸台，避免了活塞运动过程中产生较大的冲击从而损坏活塞。
[0016]五、后端盖和缸体之间采用O型圈密封，保证了通入高压气体不会从缸体底部泄露。
[0017]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步地说明：
附图说明
[0018]图1为本专利技术的表面节流型无摩擦平衡气缸的立体图；
[0019]图2为本专利技术的表面节流型无摩擦平衡气缸的分解图；
[0020]图3为本专利技术的剖面结构示意图；
[0021]图4为本专利技术的活塞的立体图；
[0022]图5为本专利技术的活塞上设置有圆周凸台的示意图；
[0023]图6为活塞的断面图；
[0024]图7为图6中A
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A处的剖面图；
[0025]图8为图6中B
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B处的剖面图；
[0026]图9为本专利技术气体流向示意图；
[0027]附图标号说明：
[0028]1、固定球头螺栓；2、固定球头螺母；3、球型接头；4、固定螺母；5、前端盖；6、缓冲凸台；7、缸体；8、活塞杆；9、连接活塞螺栓；10、活塞；10
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1、供气槽；10
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3、供气通道；10
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2、卸气槽；10
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4、第一段圆周凸台；10
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5、第二段圆周凸台；10
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6、第三段圆周凸台；10
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10、供气孔；10
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20、卸气孔；11、O型圈；12、通用接头；13、后端盖。
具体实施方式
[0029]下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0030]结合图1
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面节流型无摩擦平衡气缸，包含前端盖(5)、缸体(7)、活塞杆(8)、活塞(10)和后端盖(13)，前端盖(5)和后端盖(13)之间布置有与二者密封连接的缸体(7)，活塞杆(8)和活塞(10)布置在缸体(7)内，活塞杆(8)的一端可滑动地设置在前端盖(5)上，活塞杆(8)的另一端固定在活塞(10)上，活塞(10)与缸体(7)的内表面滑动接触；其特征在于：所述活塞(10)的外表面上开有两个圆周凹槽，与前端盖(5)相邻的圆周凹槽为供气槽(10
‑
1)，与后端盖(13)相邻的圆周凹槽为卸气槽(10
‑
2)，卸气槽(10
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2)内开有与缸体(7)的内腔相通的卸气孔(10
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20)，活塞(10)的与后端盖(13)相邻的端面上沿轴向布置有供气通道(10
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3)，卸气孔(10
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20)与供气通道(10
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3)不相通，供气槽(10
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1)上开有与供气通道(10
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3)相通的供气孔(10
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10)，所述活塞(10)的外表面设置有三段圆周凸台，以使气体进入到活塞(10)与缸体(7)之间的间隙中进行表面节流形成压力气膜。2.根据权利要求1所述一种表面节流型无摩擦平衡气缸，其特征在于：所述前端盖(5)内和后端盖(13)内分别固定有防止活塞(10)冲击的缓冲凸台(6)。3.根据权利要求2所述一种表面节流型无摩擦平衡气缸，其特征在于：所述缓冲凸台(6)的材质为聚氨酯。4.根据权利要求1所述一种表面节流型无摩擦平衡气缸，其特征在于：所述供气孔(10
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10)与卸气孔(10
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20)均垂直缸体(7)的轴向设置。5.根据权利要求1所述一种表面节流型无摩擦平衡气缸，其特征在于：所述三段圆周凸台分别为与前端盖(5)相邻的第一段圆周凸台(10
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4)，位于卸气槽(10
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2)两侧的第二段圆周凸台(10
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5)和第三段圆周凸台(10
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6)，第三段圆周凸台(10
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【专利技术属性】
技术研发人员：高思煜，徐晶凤，杨宏彬，高强，朱敏，商友云，卢礼华，曹永智，赵航，崔耀文，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：