专利名称：一种空气静压轴承导向无摩擦干涉气缸的制作方法
技术领域：
本发明是一种空气静压轴承导向无摩擦干涉气缸，属于产品的结构技术领域。
背景技术：
气缸是工业产品中的常用执行机构，用于实现位移传动和推力控制。在某些场合， 需要对气缸的推力进行准确和恒定的控制。由于传统气缸结构中采用的胶圈密封和滑动导向引起的摩擦力的影响，气缸推力不能实现准确、精密和恒定的控制；由于滑动摩擦力方向总是与运动方向相反，使得气缸的实际推力受到摩擦力的干扰而不能实现恒定；且摩擦力是非线性力，气缸的实际推力不能实现准确和精密的控制。传统气缸如图1所示，密封胶圈B通常采用过盈的方式与活塞杆A或气缸套筒F 配合，以保证密封效果，所以会产用较大的运动摩擦阻力。活塞杆A与导向套D之间、活塞E 与气缸套F之间都采用滑动配合导向，也会产生一定的运动摩擦阻力。摩擦力的方向总是与运动方向相反，所以当气缸供气C的压力恒定时，随着气缸运动方向的变化，摩擦力会使气缸输出推力的大小发生变化；而且，摩擦力是非线性粘滞阻力，随着速度的变化，摩擦力的大小也会发生变化；所以，该结构中摩擦力对气缸推力的准确性和恒定性有极大的影响。 在对气缸推力精确性有较高控制要求的场合，传统气缸的使用有局限性。传统的胶圈密封气缸结构具有结构简单可靠、制造成本低、使用条件要求不高等特点，应用范围广泛，但在需要精密运动控制的场合，具有一定性能缺陷。在具有竖直运动部件的机床和仪器设备中，经常需要对竖直运动部件的运动质量进行精密的重力平衡，精密的重力平衡是实现精密运动控制的基础。气缸平衡方法是竖直运动部件重力平衡经常采用的方法之一。精密和超精密机床对重力平衡的要求很高，不仅要求准确稳定的重力平衡，而且要求平衡系统产生的非线性力对机床导轨系统的运动精度干扰最小。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的缺点而设计提供了一种空气静压轴承导向无摩擦干涉气缸，其目的就是为了克服传统气缸在精密运动控制方面存在的缺陷，提供一种用气缸推力实现精密控制的机构，实现无摩擦干扰力的气缸运动机构，该机构采用空气静压轴承做气缸的导向和密封，实现气缸运动时无摩擦干扰力的运动，实现气缸运动时输出推力的准确、精密和恒定，实现气缸的精密平衡控制。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的该种空气静压轴承导向无摩擦干涉气缸，包括气缸套及其供气孔、活塞杆、活塞和活塞杆导向套，其特征在于在活塞杆导向套与活塞杆相接触的环形内表面上，沿圆周加工有径向均勻排列的活塞杆导向空气静压轴承副气室，每个活塞杆导向空气静压轴承副气室通过加工在活塞杆导向套内的径向活塞杆导向轴承节流孔与供气嘴相连，使活塞杆和导向套之间形成空气静压轴承副，另外，在活塞杆导向套与活塞杆相接触的环形内表面上、在活塞杆导向空气静压轴承副气室与气缸压力室之间，还加工有一个与外界大气相通的泄压环，泄压环与气缸压力室之间的、活塞杆导向套与活塞杆相接触的环形内表面采用小间隙密封；在活塞与气缸套相接触的环形外表面上，沿圆周加工有径向均勻排列的活塞导向空气静压轴承副气室，每个活塞导向空气静压轴承副气室通过加工在活塞内的径向活塞导向轴承节流孔与通过活塞内的活塞导向静压轴承供气孔相连，使活塞和气缸套之间形成空气静压轴承副，另外，在活塞与气缸套相接触的环形外表面上、在活塞导向空气静压轴承副气室与气缸压力室之间，也加工有一个与外界大气相通的泄压环，泄压环与气缸压力室之间的、活塞与气缸套相接触的环形外表面采用小间隙密封。该机构对传统气缸机构采用的滑动导向结构和胶圈密封做了改变，采用空气静压轴承直线运动导向代替传统的滑动导向，采用间隙密封代替了传统的胶圈密封，从而极大地降低了活塞运动时摩擦干扰力对运动精度的影响，提高了气缸作用力的控制精密。空气静压轴承采用空气作为润滑介质，空气静压的摩擦系数很小，正常情况下只有滑动摩擦系数的百分之一以下，且空气静压的摩擦系数随运动速度的变化不大，摩擦力基本恒定。所以，空气静压轴承导向气缸可以实现气缸运动时基本恒定的推力控制，实现气缸运动时无摩擦干扰力的运动，实现气缸输出推力的准确、精密和恒定，实现气缸的精密平衡控制。
图1为现有气缸的结构示意2为本发明气缸的结构示意图
具体实施例方式以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述参见附图2所示，该种空气静压轴承导向无摩擦干涉气缸，包括气缸套4及其供气孔13、活塞杆1、活塞5和活塞杆导向套6，其特征在于在活塞杆导向套6与活塞杆1相接触的环形内表面上，沿圆周加工有径向均勻排列的活塞杆导向空气静压轴承副气室7，每个活塞杆导向空气静压轴承副气室7通过加工在活塞杆导向套6内的径向活塞杆导向轴承节流孔2与供气嘴8相连，使活塞杆1和导向套6之间形成空气静压轴承副，另外，在活塞杆导向套6与活塞杆1相接触的环形内表面上、在活塞杆导向空气静压轴承副气室7与气缸压力室9之间，还加工有一个与外界大气相通的泄压环10，泄压环10与气缸压力室9之间的、活塞杆导向套6与活塞杆1相接触的环形内表面采用小间隙密封，该间隙Dl为0. 008 毫米；在活塞5与气缸套4相接触的环形外表面上，沿圆周加工有径向均勻排列的活塞导向空气静压轴承副气室11，每个活塞导向空气静压轴承副气室11通过加工在活塞5内的径向活塞导向轴承节流孔3与通过活塞内的活塞导向静压轴承供气孔12相连，使活塞5和气缸套4之间形成空气静压轴承副，另外，在活塞5与气缸套4相接触的环形外表面上、在活塞导向空气静压轴承副气室11与气缸压力室9之间，也加工有一个与外界大气相通的泄压环10，泄压环10与气缸压力室9之间的、活塞5与气缸套4相接触的环形外表面采用小间隙密封，该间隙D2为0. 009毫米。本发明结构是将气缸活塞杆1和活塞5的导向与密封采用气体静压轴承结构实现。活塞杆1与活塞杆导向套6之间为一个完整的空气静压轴承副，活塞杆1与活塞杆导向套6之间完全没有固体接触摩擦。活塞5与气缸套4之间为一个完整的空气静压轴承副， 活塞5与气缸套4之间完全没有固体接触摩擦。在以上结构中，在活塞杆导向套6上均布有8个活塞杆导向空气静压轴承副气室 7和相对应的活塞杆导向轴承节流孔2，活塞杆导向轴承节流孔2直径为0. 15毫米，活塞杆导向空气静压轴承副气室7深度为0. 18毫米，活塞杆导向套6与活塞杆1之间的配合间隙 Dl为0. 008毫米，实现了活塞杆1运动的空气静压轴承导向和无接触密封。在活塞5上也均布有8个活塞导向空气静压轴承副气室11和相对应的活塞导向轴承节流孔3，活塞导向轴承节流孔3的直径为0. 15毫米，活塞导向空气静压轴承副气室 11的深度为0. 18毫米，活塞5与气缸套4之间的配合间隙D2为0. 009毫米，实现了活塞5 运动的空气静压轴承导向和无接触密封。活塞杆导向空气静压轴承和活塞导向静压轴承通过供气孔8和供气孔12供气的压力为4X105帕斯卡时，经试验测试，气缸运动时处于完全浮起状态，无固体接触摩擦阻力，低速运动时阻力小于20克，比传统气缸能够实现的运动阻力小一个数量级以上。与现有技术相比，本发明技术方案极大地降低了气缸运动时的摩擦力，提高了气缸输出力的准确性和精密性，可实现气缸运动时基本恒定的输出力，对实现气缸运动的精密控制和微小位移的实现十分有利。
权利要求
1. 一种空气静压轴承导向无摩擦干涉气缸，包括气缸套(4)及其供气孔(13)、活塞杆 (1)、活塞( 和活塞杆导向套(6)等，其特征在于在活塞杆导向套(6)与活塞杆(1)相接触的环形内表面上，沿圆周加工有径向均勻排列的活塞杆导向空气静压轴承副气室(7)，每个活塞杆导向空气静压轴承副气室(7)通过加工在活塞杆导向套(6)内的径向活塞杆导向轴承节流孔( 与供气嘴(8)相连，使活塞杆(1)和导向套(6)之间形成空气静压轴承副， 另外，在活塞杆导向套(6)与活塞杆(1)相接触的环形内表面上、在活塞杆导向空气静压轴承副气室(7)与气缸压力室(9)之间，还加工有一个与外界大气相通的泄压环(10)，泄压环 (10)与气缸压力室(9)之间的、活塞杆导向套(6)与活塞杆(1)相接触的环形内表面采用小间隙密封；在活塞(5)与气缸套(4)相接触的环形外表面上，沿圆周加工有径向均勻排列的活塞导向空气静压轴承副气室(11)，每个活塞导向空气静压轴承副气室(11)通过加工在活塞 (5)内的径向活塞导向轴承节流孔(3)与通过活塞内的活塞导向静压轴承供气孔(12)相连，使活塞( 和气缸套(4)之间形成空气静压轴承副，另外，在活塞( 与气缸套(4)相接触的环形外表面上、在活塞导向空气静压轴承副气室(11)与气缸压力室(9)之间，也加工有一个与外界大气相通的泄压环(10)，泄压环(10)与气缸压力室(9)之间的、活塞(5) 与气缸套(4)相接触的环形外表面采用小间隙密封。
全文摘要
本发明是一种空气静压轴承导向无摩擦干涉气缸，该气缸改变了传统气缸机构采用的滑动导向结构和胶圈密封结构，采用直线空气静压轴承导向代替传统的滑动导向，采用间隙密封代替了传统的胶圈密封，从而极大地降低了活塞和活塞杆相对运动时产生的摩擦力，降低了摩擦干扰力对运动精度的影响，提高气缸作用力的准确和精密控制能力。
文档编号F15B15/20GK102374208SQ20111034623
公开日2012年3月14日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者张建明, 房建国, 李迪 申请人:中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所