一种气浮式活塞及其双作用气浮式气缸

本发明涉及气缸领域，具体为一种气浮式活塞及其双作用气浮式气缸。

背景技术：

1、普通的气缸通常使用接触式密封，在活塞运动时存在较大的摩擦阻力。气浮式气缸，使用气浮活塞、气体轴承作为气密封装置，气缸运动部件与固定部件不产生接触式摩擦，可以减少活塞运动中的摩擦力，可支持活塞的自由且快速运动。

2、活塞位于气缸内，通常在一端高压、一端低压的环境下工作，利用活塞两侧的气压差，提供气缸的输出推拉力。气浮活塞利用气缸高压腔内的高压气体，通过截流孔，在活塞面与气缸壁间形成高压气膜，气膜中气体最终流入两端低压区域。气浮面的高压气膜具有高刚度特性，在气浮活塞向一侧偏移时，提供较大的反向于活塞偏移的力，保持气浮活塞在气缸壁内的中心位置，避免活塞偏向一侧造成活塞与气缸的接触式摩擦。其他气浮机构（例如平面气浮轴承）通常工作在两端低压的状态下，高压气体通过截流孔，流入两端的低压环境大气中，气体可以正常流动，在气浮面上形成稳定的高压气膜。保证气浮活塞动平衡的必要条件是气浮活塞经过截流孔的高压气体流畅地排入气浮两侧低压区域。当气浮面一端为高压区、一端为低压区时，截流孔内的高压气体不再流入活塞两端，气浮面的气体由高压区一侧流向另一侧的低压区，气浮面难以提供充足的力抵抗活塞侧向偏移，造成气浮活塞在气缸中的动平衡失效，使得气浮活塞侧向承载能力减弱。

3、对于单作用的气浮式气缸，气浮活塞的一侧固定为高压区，另一侧固定为常压区，两个区域气体不会进行高低压切换，气浮活塞设计仅需考虑气膜在高压一侧排气。单作用气缸的气浮活塞，在气浮面靠近高压区域一侧设置常压槽，常压槽与常压区域通过管路直接相连。常压槽一侧与高压区域利用气浮活塞与气缸壁之间的微缝，进行无摩擦密封，一侧与气浮面相连。气浮面的气体可向两侧正常排出气体，将气体排入常压腔与常压槽内，保证气浮面的稳定形成。

4、单作用气缸的气浮活塞，活塞常压槽与常压腔直接相连、高压截流孔与高压腔相连。用于双作用气缸，两侧高压腔与常压腔需要切换时，单作用气缸的气浮面失效，无法提供稳定活塞的作用。

5、当现有的气浮式气缸在运动中，活塞外壁必须始终保持与气缸壁保持平行。当活塞的中心轴与气缸壁的中心轴产生微小夹角时，气膜内气体会向一侧泄漏，改变气膜结构，减少气浮面的承载能力，产生活塞与气缸壁接触摩擦的风险。

技术实现思路

1、本发明基于气浮式气缸，为解决双作用气浮式气缸的气浮活塞在可切换一端高压、一端低压状态下稳定工作的需求，并提高活塞抗侧向力、保证活塞面稳定，提出了一种气浮式活塞及其双作用气浮式气缸。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种气浮式活塞，所述活塞的外壁具有均压部，所述均压部上下间隔开设若干一区均压槽和二区均压槽，活塞的上端开设一区气孔，所述一区气孔与所有一区均压槽连通，活塞的下端开设二区气孔，所述二区气孔与所有二区均压槽连通，活塞的外壁上还设置一区常压槽和二区常压槽，所述一区常压槽位于均压部的下端，其与一区气孔连通，所述二区常压槽位于均压部的上端，其与二区气孔连通，所述一区常压槽和二区常压槽的纵截面面积均大于一区均压槽的纵截面面积，一区常压槽和二区常压槽的纵截面面积也均大于二区均压槽的纵截面面积。

4、进一步地，所述活塞上开设用以连通一区气孔与一区均压槽的一区均压槽连接气孔以及用以连通二区气孔与二区均压槽的二区均压槽连接气孔。

5、进一步地，所述活塞上开设用以连通一区气孔与一区常压槽的一区常压槽连接气孔以及用以连通二区气孔与二区常压槽的二区常压槽连接气孔。

6、进一步地，所述活塞上开设用以连通一区气孔与一区均压槽的一区均压槽连接气孔以及用以连通二区气孔与二区均压槽的二区均压槽连接气孔；所述活塞上开设用以连通一区气孔与一区常压槽的一区常压槽连接气孔以及用以连通二区气孔与二区常压槽的二区常压槽连接气孔；所述一区常压槽连接气孔和二区常压槽连接气孔的孔径均大于一区均压槽连接气孔的孔径，一区常压槽连接气孔和二区常压槽连接气孔的孔径也均大于二区均压槽连接气孔的孔径。

7、进一步地，所述一区均压槽和二区均压槽交错设置。

8、进一步地，所述一区均压槽和/或二区均压槽为环形槽结构。

9、进一步地，所述活塞的上端环布若干一区气孔。

10、进一步地，所述活塞的下端环布若干二区气孔。

11、本发明还提供一种双作用气浮式气缸，包括缸体组件、活塞杆及如上所述的活塞，所述活塞上下气浮滑动配合于缸体组件中，活塞与缸体组件的内壁存有间隙，所述活塞杆插接于活塞中，活塞将缸体组件的内腔上下分隔为气缸气腔区域一和气缸气腔区域二。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、1）本发明解决双作用气浮式气缸的活塞问题，在气浮式无摩擦气缸中，可以对气缸两个区域的气压进行切换，在切换中，无需手动调节气缸结构或空气结构，简化操作步骤，延长气缸活塞寿命；

14、2）在活塞受到侧向力作用时，气浮面可以维持气缸活塞的动平衡，避免气缸活塞与气缸壁产生摩擦，多组气浮面的结构，保证在一组气浮面失效的情况下仍然保持活塞平衡，增强系统稳定性；

15、3）活塞侧面形成多组气浮面，当气浮活塞中心轴与气缸壁中心轴产生夹角时，上下端气浮面向相对方向发生侧向位移，产生与夹角方向相反的扭矩，平衡气浮活塞的位置状态，解决气浮面承载能力减弱的问题。

技术特征：

1.一种气浮式活塞，其特征在于，所述活塞（1）的外壁具有均压部，所述均压部上下间隔开设若干一区均压槽和二区均压槽，活塞（1）的上端开设一区气孔（1405），所述一区气孔（1405）与所有一区均压槽连通，活塞（1）的下端开设二区气孔（1505），所述二区气孔（1505）与所有二区均压槽连通，活塞（1）的外壁上还设置一区常压槽（1404）和二区常压槽（1504），所述一区常压槽（1404）位于均压部的下端，其与一区气孔（1405）连通，所述二区常压槽（1504）位于均压部的上端，其与二区气孔（1505）连通，所述一区常压槽（1404）和二区常压槽（1504）的纵截面面积均大于一区均压槽的纵截面面积，一区常压槽（1404）和二区常压槽（1504）的纵截面面积也均大于二区均压槽的纵截面面积。

2.根据权利要求1所述的一种气浮式活塞，其特征在于，所述活塞（1）上开设用以连通一区气孔（1405）与一区均压槽的一区均压槽连接气孔（1406）以及用以连通二区气孔（1505）与二区均压槽的二区均压槽连接气孔（1506）。

3.根据权利要求1所述的一种气浮式活塞，其特征在于，所述活塞（1）上开设用以连通一区气孔（1405）与一区常压槽（1404）的一区常压槽连接气孔（1407）以及用以连通二区气孔（1505）与二区常压槽（1504）的二区常压槽连接气孔（1507）。

4.根据权利要求1所述的一种气浮式活塞，其特征在于，所述活塞（1）上开设用以连通一区气孔（1405）与一区均压槽的一区均压槽连接气孔（1406）以及用以连通二区气孔（1505）与二区均压槽的二区均压槽连接气孔（1506）；所述活塞（1）上开设用以连通一区气孔（1405）与一区常压槽（1404）的一区常压槽连接气孔（1407）以及用以连通二区气孔（1505）与二区常压槽（1504）的二区常压槽连接气孔（1507）；所述一区常压槽连接气孔（1407）和二区常压槽连接气孔（1507）的孔径均大于一区均压槽连接气孔（1406）的孔径，一区常压槽连接气孔（1407）和二区常压槽连接气孔（1507）的孔径也均大于二区均压槽连接气孔（1506）的孔径。

5.根据权利要求1所述的一种气浮式活塞，其特征在于，所述一区均压槽和二区均压槽交错设置。

6.根据权利要求1所述的一种气浮式活塞，其特征在于，所述一区均压槽和/或二区均压槽为环形槽结构。

7.根据权利要求1所述的一种气浮式活塞，其特征在于，所述活塞（1）的上端环布若干一区气孔（1405）。

8.根据权利要求1所述的一种气浮式活塞，其特征在于，所述活塞（1）的下端环布若干二区气孔（1505）。

9.一种双作用气浮式气缸，其特征在于，包括缸体组件、活塞杆（3）及如权利要求1-8中任一所述的活塞（1），所述活塞（1）上下气浮滑动配合于缸体组件中，活塞（1）与缸体组件的内壁存有间隙，所述活塞杆（3）插接于活塞（1）中，活塞（1）将缸体组件的内腔上下分隔为气缸气腔区域一（1301）和气缸气腔区域二（1302）。

技术总结
本发明属于气缸领域，公开了一种气浮式活塞及其双作用气浮式气缸，活塞的外壁具有均压部，均压部上下间隔开设若干一区均压槽和二区均压槽，活塞的上端开设一区气孔，一区气孔与所有一区均压槽连通，活塞的下端开设二区气孔，二区气孔与所有二区均压槽连通，活塞的外壁上还设置一区常压槽和二区常压槽，一区常压槽位于均压部的下端，其与一区气孔连通，二区常压槽位于均压部的上端，其与二区气孔连通。本发明解决双作用气浮式气缸的活塞问题，在气浮式无摩擦气缸中，可以对气缸两个区域的气压进行切换，在切换中，无需手动调节气缸结构或空气结构，简化操作步骤，延长气缸活塞寿命。

技术研发人员：单晓杭,洪靖,单哲承,温嘉辰,沈季胜,张利,叶必卿,李研彪,常洪振,韩丽,苏华昌,付玮
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/10