[發(fā)明專利]超長(zhǎng)恒力輸出氣浮裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310494004.5
• 申請(qǐng)日: 2013-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN103511368A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單曉杭;柴容旺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F15B11/00
• 分類號(hào): F15B11/00;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)；但是氣體的響應(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，氣浮無摩擦氣缸一般用來實(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，再者活塞與活塞壁間的氣隙要求為微米級(jí)，加工精度要求非常高，受加工條件和加工精度的限制，超長(zhǎng)行程的活塞難以實(shí)現(xiàn)。

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、無法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離恒力輸出等問題，本發(fā)明提供一種穩(wěn)定性好的、恒力輸出精度高的超長(zhǎng)恒力輸出氣浮裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

超長(zhǎng)恒力輸出氣浮裝置，包括輸出氣缸和跟隨裝置；所述輸出氣缸包括缸筒、連桿活塞、端蓋、輸出軸、限位塊、大儲(chǔ)氣罐；所述跟隨裝置包括滑塊、直線導(dǎo)軌、電機(jī)、滾珠絲杠、激光傳感器等；所述輸出氣缸通過連接板連接跟隨裝置。

所述活塞套裝在缸筒內(nèi)，所述缸筒兩端通過端蓋密封，所述缸筒下安裝連接板，所述連接板與滑塊固接，所述滑塊套裝在直線導(dǎo)軌上，所述直線導(dǎo)軌兩端通過支座支撐，所述電機(jī)安裝在支座上且連接滾珠絲杠，所述滾珠絲杠通過螺母座連接連接板。

所述缸筒中部開有兩處上下對(duì)稱的軸向凹槽，所述軸向凹槽兩端安裝限位塊，所述激光傳感器固定在限位塊上。

所述連桿活塞包含兩端凸起的第一活塞、第二活塞和中間的活塞桿，所述第一活塞、第二活塞與缸筒間留有極小的間隙，所述活塞桿中部連接輸出軸，所述輸出軸穿過缸筒上的軸向凹槽，所述激光位移傳感器可測(cè)量其與輸出軸之間的距離。

所述缸筒兩端分別設(shè)有第一進(jìn)氣口和第二進(jìn)氣口。所述第一進(jìn)氣口和第二進(jìn)氣口通過氣管分別連接比例閥和大儲(chǔ)氣罐。

所述第一活塞和第二活塞上沿圓周均布徑向節(jié)流孔，所述第一活塞和第二活塞分別沿端面打軸向盲孔形成進(jìn)氣孔，所述進(jìn)氣孔與所述徑向節(jié)流孔相通；所述第一活塞和第二活塞靠近端面處分別設(shè)有一圈凹槽，所述凹槽內(nèi)均布徑向盲孔形成第一卸氣孔，從活塞桿一端分別向第一活塞和第二活塞打軸向盲孔形成第二卸氣孔，所述第一卸氣孔與第二卸氣孔相通。

所述徑向節(jié)流孔沿軸向方向至少有兩組，所述徑向節(jié)流孔內(nèi)安裝節(jié)流塞，所述徑向節(jié)流孔、進(jìn)氣孔與第一卸氣孔和第二卸氣孔間相互隔離。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路及優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：

為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的恒力輸出，本發(fā)明利用輸出氣缸來輸出恒力，利用跟隨裝置控制輸出氣缸實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)。

輸出氣缸由缸筒和連桿活塞等組成，缸筒與連桿活塞間通過氣膜潤(rùn)滑，通過連接板將缸筒與跟隨裝置連接，因此只要通過比例閥和儲(chǔ)氣罐控制通入缸筒和連桿活塞兩端氣壓的壓差保持恒定，則缸筒上輸出的力值保持恒定。跟隨裝置由直線導(dǎo)軌、滑塊、滾珠絲杠等組成，缸筒通過連接板和滑塊固定，滾珠絲杠通過螺母座連接連接板，通過電機(jī)和滾珠絲杠可控制缸筒移動(dòng)。活塞中部連接輸出軸，激光位移傳感器可測(cè)量出輸出軸的位移，然后通過跟隨裝置控制缸筒運(yùn)動(dòng)相應(yīng)的距離，使輸出軸始終位于其有效行程內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的恒力輸出，另一方面，減小了因連桿活塞運(yùn)動(dòng)引起缸筒腔體體積變化對(duì)氣壓產(chǎn)生的影響，進(jìn)一步提高了恒力輸出的精度。缸筒兩端分別設(shè)有兩個(gè)進(jìn)氣口，進(jìn)氣口通過氣管連接比例閥和大儲(chǔ)氣罐，通過比例閥和儲(chǔ)氣罐控制缸筒兩端輸入氣壓的壓力大小，控制精度高。

缸筒和活塞均為一體設(shè)計(jì)，一方面加工簡(jiǎn)單，另一方面能滿足裝配精度要求。