[發(fā)明專利]一種帶體積補(bǔ)償?shù)臒o(wú)摩擦恒力輸出氣浮裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310492777.X
• 申請(qǐng)日: 2013-10-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103527554A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單曉杭;周丹鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F15B15/14
• 分類號(hào): F15B15/14
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及恒力輸出裝置。

背景技術(shù)

根據(jù)其不同的應(yīng)用環(huán)境及應(yīng)用要求，恒力輸出有多種結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法。動(dòng)態(tài)恒力輸出是指將一個(gè)恒定的力值加載在動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)工件上。

通過(guò)砝碼與目標(biāo)工件吊掛是最為簡(jiǎn)單和常用的施加恒力的方法，由于砝碼質(zhì)量恒定，所以作用在目標(biāo)工件上的力保持不變，但是當(dāng)目標(biāo)工件做加速或減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，砝碼會(huì)因自身慣性力的影響而產(chǎn)生一個(gè)作用在目標(biāo)工件上的附加力，且砝碼質(zhì)量越大影響越大，因此這種方法只適用于目標(biāo)工件低速或勻速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。力矩電機(jī)、液壓氣缸等也常被應(yīng)用于恒力輸出領(lǐng)域。如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01120495617.7的“恒力輸出的液壓裝置”就公布了一種通過(guò)PLC控制器、電磁比例閥、壓力傳感器輸出精確力值的液壓裝置,但是此裝置中壓力傳感器安裝在液壓裝置的輸出端，壓力傳感器處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此會(huì)影響測(cè)量值的精確度。氣浮無(wú)摩擦氣缸在實(shí)現(xiàn)超精密恒力輸出控制、微壓動(dòng)作控制中得到廣泛應(yīng)用；活塞與缸筒間通過(guò)氣體潤(rùn)滑不存在摩擦力，因此作用在活塞上的力與活塞的橫截面積和缸筒內(nèi)的氣壓大小有關(guān)；專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110072339.9的“帶有氣浮軸承的無(wú)摩擦氣缸”公布了一種氣浮無(wú)摩擦氣缸，由于其活塞桿上連接進(jìn)氣管道，會(huì)對(duì)輸出的力值產(chǎn)生影響；再者氣體的響應(yīng)速度慢，缸筒內(nèi)活塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的體積變化會(huì)導(dǎo)致氣壓瞬變，引起輸出恒力的波動(dòng)，因此，氣浮無(wú)摩擦氣缸一般用來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作輸出，恒壓控制比較困難，難以保證輸出力值的恒定。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有恒力輸出裝置中輸出力值難以保持恒定、傳感器測(cè)量不夠精準(zhǔn)、恒力輸出精度不高等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種帶體積補(bǔ)償、輸出力值精確、穩(wěn)定性好的無(wú)摩擦恒力輸出氣浮裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種帶體積補(bǔ)償?shù)臒o(wú)摩擦恒力輸出氣浮裝置，包括輸出氣缸、補(bǔ)償氣缸、儲(chǔ)氣罐。所述輸出氣缸包括缸筒、長(zhǎng)活塞，所述補(bǔ)償氣缸包括連桿活塞、補(bǔ)償筒。

所述缸筒和補(bǔ)償筒分別套裝在儲(chǔ)氣罐內(nèi)，所述儲(chǔ)氣罐和缸筒、補(bǔ)償筒間形成儲(chǔ)氣腔，所述儲(chǔ)氣腔分為相互獨(dú)立的上儲(chǔ)氣腔和下儲(chǔ)氣腔，所述缸筒的內(nèi)腔、補(bǔ)償筒的內(nèi)腔與下儲(chǔ)氣腔連通；所述長(zhǎng)活塞套裝在缸筒內(nèi)且與缸筒間存在極小間隙，所述連桿活塞套裝在補(bǔ)償筒內(nèi)；所述一種帶體積補(bǔ)償?shù)臒o(wú)摩擦恒力輸出氣浮裝置還包括滾珠絲杠、電機(jī)、激光位移傳感器、反光板；所述滾珠絲杠安裝在儲(chǔ)氣罐外，所述連桿活塞通過(guò)連接座與滾珠絲杠連接，所述電機(jī)連接滾珠絲杠，所述反光板安裝在長(zhǎng)活塞上，所述激光位移傳感器固定在儲(chǔ)氣罐外且和反光板位置相對(duì)。

所述儲(chǔ)氣罐上設(shè)有第一進(jìn)氣孔和第二進(jìn)氣孔，所述第一進(jìn)氣孔與第一儲(chǔ)氣腔相通，所述第二進(jìn)氣孔與第二儲(chǔ)氣腔相通。所述第一進(jìn)氣孔和第二進(jìn)氣孔分別通過(guò)氣管與比例閥連接。

所述長(zhǎng)活塞中心開(kāi)有進(jìn)氣通孔和卸氣通孔，所述進(jìn)氣通孔和卸氣通孔間通過(guò)密封塞隔離，所述進(jìn)氣通孔與下儲(chǔ)氣腔相通。

所述長(zhǎng)活塞上沿圓周均布第一徑向節(jié)流孔，所述第一徑向節(jié)流孔與進(jìn)氣通孔相通，所述第一徑向節(jié)流孔沿軸向方向至少有兩組；所述缸筒上沿圓周均布第二徑向節(jié)流孔，所述第二徑向節(jié)流孔與上儲(chǔ)氣腔相通。所述第一徑向節(jié)流孔、第二徑向節(jié)流孔內(nèi)均安裝有節(jié)流塞。

所述長(zhǎng)活塞上設(shè)有第一卸壓槽，所述第一卸壓槽包含長(zhǎng)活塞外圓柱面上的第一凹槽、第一凹槽內(nèi)沿圓周均布的徑向盲孔以及與徑向盲孔相通的第一軸向孔；所述第一軸向孔一端通過(guò)卸氣通孔內(nèi)的第二凹槽與卸氣通孔相通，所述第一軸向孔的另一端通過(guò)堵塊密封；所述第一凹槽至少有兩組且位于第一徑向節(jié)流孔的兩側(cè)；所述第一卸壓槽與第一徑向節(jié)流孔之間相互隔離。

所述缸筒上設(shè)有第二卸壓槽，所述第二卸壓槽包含缸筒內(nèi)圓柱面上的第三凹槽、與第三凹槽相通的第二軸向孔，所述第二軸向孔另一端與儲(chǔ)氣罐外的大氣相通；所述第三凹槽位于第二徑向節(jié)流孔的下方，所述第二卸壓槽與第二徑向節(jié)流孔之間相互隔離。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路是：由于活塞橫截面積一定，所以只要保證進(jìn)入到缸筒內(nèi)腔的氣體壓力恒定，則可保證輸出的力值恒定。但是活塞移動(dòng)引起腔體容積變化，氣體補(bǔ)償存在一定的滯后性，從而引起氣壓瞬變，導(dǎo)致輸出力波動(dòng)。因此，本發(fā)明增加了補(bǔ)償氣缸和儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐和缸筒、補(bǔ)償筒間形成第一儲(chǔ)氣腔和第二儲(chǔ)氣腔，將輸出氣缸的進(jìn)氣腔和補(bǔ)償氣缸的進(jìn)氣腔通過(guò)第二儲(chǔ)氣腔連通，通過(guò)激光位移傳感器測(cè)量輸出氣缸內(nèi)長(zhǎng)活塞的位移，然后通過(guò)滾珠絲杠控制補(bǔ)償氣缸內(nèi)連桿活塞移動(dòng)相應(yīng)的位移，保證第二儲(chǔ)氣腔內(nèi)容積保持不變，避免了因長(zhǎng)活塞運(yùn)動(dòng)而引起的壓力波動(dòng)。通過(guò)體積補(bǔ)償和氣壓控制，可實(shí)現(xiàn)精確的、高速的恒力輸出。