專利名稱：一種帶有氣浮軸承的無摩擦氣缸的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣缸，尤其涉及一種帶有氣浮軸承的無摩擦氣缸。
背景技術：
氣缸的摩擦力產生于接觸摩擦，具體為橡膠密封圈與氣缸筒之間的摩擦以及活塞桿與防塵圈之間的摩擦。為了減小摩擦力，一種周知的方法是通過提高氣缸的加工精度、采用特殊潤滑脂以及使用摩擦系數小的材料來減小氣缸的摩擦力。這種傳統的低摩氣缸是在普通氣缸的基礎上通過提高接觸表面的光滑度、改善潤滑條件來降低摩擦力。這種傳統的方法在一定程度上減小了氣缸的摩擦力，但存在加工困難、成本高、維護困難且壽命短的缺陷。另外一種周知的方法采用了間隙密封和滾珠導向套等新技術。這種新型低摩擦氣缸通過采用間隙密封大大降低了活塞桿與端蓋之間的摩擦力，活塞與缸筒之間還應用了滾珠導向套，利用滾珠支撐也有效地降低了摩擦力。該新型低摩擦缸在勻速性、高低壓摩擦、 高速以及高頻方面都有所突破，然而也同樣存在一些缺陷，比如對徑向負載敏感，結構復雜、加工制造難度大，價格昂貴。還有一種周知的膜片式低摩擦氣缸。這種是一種采用隔膜囊作密封的執行器，不漏氣無需潤滑，摩擦力也小。活塞和氣缸內壁之間有一層彼此連接的隔膜囊，兩者之間不產生直接接觸，且活塞桿前端采用直線滾珠軸承，極大地降低了氣缸的摩擦力。雖然這種氣缸有許多優勢，但是由于膜片結構的限制，其氣缸行程一般不是很大。
實用新型內容本實用新型的目的在于針對現有技術的不足，提供一種帶有氣浮軸承的無摩擦氣缸，該無摩擦氣缸不僅解決了現有低摩擦氣缸所具有的結構復雜、加工維護困難、徑向負載敏感等缺陷，而且還具有大行程、超低摩擦力的特點。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種帶有氣浮軸承的無摩擦氣缸，該氣缸帶有一個活塞和一個內部帶有氣流通道的活塞桿，二者通過一個帶有球鉸結構的活塞接頭相連，活塞與氣缸筒之間存在一定的間隙，可將壓縮空氣經節流孔提供給所述間隙，其特征在于，所述活塞桿的前端由氣浮軸承支撐，后端通過活塞連接頭與活塞相連。進一步地，所述活塞是依據氣浮軸承的原理設計的，其內中空，周向分布有節流孔以使活塞內腔中的壓縮空氣能夠流向間隙形成高壓氣膜以支撐活塞。進一步地，沿活塞周向分布一定數量的節流孔，并且均勻分布，節流孔的末端設有均壓腔。進一步地，沿活塞周向分布的節流孔在活塞的軸向上有幾排，并且對稱分布。進一步地，連接活塞與活塞桿的活塞接頭是帶有球鉸的，以保證活塞與活塞桿可以存在一定的偏心。進一步地，活塞桿是中空的，其內部的氣流通道與活塞內腔通過軟管連通。[0013]進一步地，壓縮空氣從軸承進氣口通入，并經過氣流通道和軟管進入活塞內腔， 實現供氣。本實用新型的有益效果是，本實用新型大大降低了氣缸的摩擦力，能實現較大行程，無需潤滑和密封，能夠承受一定范圍內的徑向力，結構簡單，維護方便。
圖1是根據本實用新型制成的無摩擦氣缸的透視圖；圖2是氣缸可移動部分剖面圖；圖3是氣浮軸承局部剖面圖；圖4是實例1的活塞截面簡圖；圖5是實例1的活塞氣浮原理圖；圖6是實例2的活塞截面簡圖； 圖7是實例2的活塞氣浮原理圖；圖8是活塞桿的截圖剖視圖；圖中，1、氣流通道，2、活塞桿，3、活塞接頭，4、活塞，5、間隙，6、節流孔，7、氣浮軸承，8、氣缸筒，9、軟管，10、活塞內腔，11、軸承進氣口，12、均壓腔，13、氣管接頭，14、氣管接頭，15、氣缸進氣口，16、氣缸進氣口，17、氣浮軸承進氣口，18、前端蓋，19、后端蓋，20、固定部分，21、移動部分，22、連接桿，23、球鉸，M、擋板，25、后緩沖頭，沈、彈性擋圈，27、密封圈， 觀、緩沖密封圈。
具體實施方式
本實用新型在普通氣缸的基礎上根據氣浮軸承的原理設計氣缸的活塞部分，使其與氣缸筒內壁一起構成了一個靜壓氣浮軸頸軸承，而在活塞桿與氣缸前端蓋的接觸部分同樣用氣浮軸承連接，這樣就實現了氣缸的可動部分與不可動部分的非接觸連接，極大的減小了摩擦力。根據氣浮軸承的原理設計的氣缸活塞是通過分布在活塞周向的節流孔由活塞內部向活塞與氣缸筒之間的微小間隙噴射壓縮空氣，這樣該間隙內就形成了一個高壓的空氣膜使活塞與氣缸筒不發生接觸。當活塞受到一定的徑向力時，例如是一個垂直向下的力， 活塞在該力的作用下其軸心會向下偏離氣缸筒的中軸線，活塞與氣缸筒之間的微小間隙也會發生變化，根據流體力學的知識，該間隙下半部分的壓力要高于上半部分的壓力從而使活塞受到一個向上的合力，直到這個合力與活塞受到的外力相平衡，活塞的位置趨于穩定。 根據這種原理，該氣缸就具有了抵抗徑向負載的能力。為了避免活塞在受到徑向力時卡死在氣缸筒中，本實用新型在活塞與活塞桿的連接處使用了球鉸連接。球鉸的應用允許活塞桿軸心與活塞軸心存在一定的角度，避免了活塞可能卡死在氣缸筒中的缺陷。根據氣浮軸承的原理設計的活塞，其供氣是通過中空的活塞桿并在活塞桿與活塞的連接處又經過軟管通入活塞內部。
以下結合附圖和實施例進一步說明本實用新型，本實用新型的目的和效果將變得更加明顯。圖1示出了該無摩擦氣缸的三維透視圖，該無摩擦氣缸包括固定部分20和移動部分21。其中，固定部分20包括前端蓋18、后端蓋19、氣缸筒8以及固定在前端蓋18上的氣
4浮軸承7，而移動部分21則由活塞4、活塞接頭3和中空的活塞桿2組成。固定部分20與移動部分21相接觸的部分在活塞4和氣浮軸承7處，而這兩個地方都是利用氣浮原理實現支撐的，即相互支撐的兩個面不直接接觸而是通過一層空氣薄膜。圖2和圖3分別示出了該無摩擦氣缸的移動部分的剖面圖，活塞接頭3內含一個球鉸接頭，可以在氣缸行程較大的情況下改善由于對中性不良造成的活塞卡死的情況。活塞4與氣缸筒8之間存在一個微小間隙5，壓縮氣體在活塞內腔10內由節流孔 6噴出，并充滿整個間隙5，這樣在該間隙5內就形成了一個高壓氣膜，以實現無摩擦支撐。活塞4通過活塞接頭3與中空的活塞桿2連接在一起，而把活塞4上的氣管接頭 13和活塞桿2上的氣管接頭14用軟管9連接起來就形成了一個經過中空活塞桿2的氣流通道，通過該氣流通道把壓縮空氣送至活塞內腔10，實現了氣浮活塞的供氣。在氣缸啟動之前要確保軸承進氣口 11和氣浮軸承進氣口 17已連通氣源，氣浮軸承開始工作后方可啟動氣缸。圖1 5所示的一個實例中，活塞4具有兩排節流孔12，每排有8個。如上前所述，氣缸準備完畢好，先對軸承進氣口 11和氣浮軸承進氣口 17供氣，待氣浮軸承7和活塞4 正常工作后方可啟動氣缸。當氣缸開始工作時，由于幾乎沒有摩擦力，行程較大，為了避免高速沖撞損壞氣缸，在氣缸中還設計了氣緩沖結構，通過擋板M和緩沖密封圈觀的作用， 在活塞臨近行程末端的時候可以利用氣緩沖結構的小孔節流效應使氣缸低壓腔的壓力迅速上升，減緩活塞前行速度，隨著低壓腔的氣體逐漸從節流小孔中排向出口，活塞到達行程末端，擋板M也與氣缸前端蓋18接觸，活塞4停止運動，至此，氣缸就完成了一個行程的運動。本實用新型所涉及到的氣浮活塞4其結構可具有多種變化。圖6 7所示的是本實用新型的另一個實例的活塞截面圖和剖面圖。在該實例中活塞4具有三排節流孔12，每排有12個。盡管已根據具體的實例對本實用新型進行了詳細的介紹，在本實用新型的下述權利要求所限定的范疇內仍存在多種變化和修改。上述實施例用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限制，在本實用新型的精神和權利要求的保護范圍內，對本實用新型作出的任何修改和改變，都落入本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種帶有氣浮軸承的無摩擦氣缸，該氣缸帶有一個活塞(4)和一個內部帶有氣流通道(1)的活塞桿(2)，二者通過一個帶有球鉸結構的活塞接頭(3)相連，活塞(4)與氣缸筒 (8)之間存在間隙(5)，其特征在于，所述活塞桿(2)的前端由氣浮軸承(7)支撐，后端通過活塞連接頭(3 )與活塞(4)相連。
2.如權利要求1所述的無摩擦氣缸，其特征在于，所述活塞(4)中空，周向分布有節流孔(6)。
3.如權利要求2所述的無摩擦氣缸，其特征在于，節流孔(6)均勻分布。
4.如權利要求3所述的無摩擦氣缸，其特征在于，沿活塞(4)周向分布的節流孔(6)的末端設有均壓腔(12)。
5.如權利要求1所述的無摩擦氣缸，其特征在于，所述活塞桿(2)中空，其內部的氣流通道(1)與活塞內腔(10)通過軟管(9)連通。
專利摘要本實用新型公開了一種帶有氣浮軸承的無摩擦氣缸，該無摩擦氣缸包括一個與活塞桿相配的氣浮軸承和一個根據氣浮原理設計的活塞，這兩部分可以實現氣缸移動部分和固定部分的無摩擦支撐，即在接觸面形成高壓氣膜以隔離相互支撐的兩個面。該無摩擦氣缸通過中空的活塞桿以及軟管為氣缸內部的活塞的供氣，并且應用了球鉸連接使得該無摩擦氣缸能夠承受一定的徑向負載而不發生活塞卡死在氣缸筒內；本實用新型大大降低了氣缸的摩擦力，能實現較大行程，無需潤滑和密封，能夠承受一定范圍內的徑向力，結構簡單，維護方便。
文檔編號F15B15/14GK202056133SQ20112008086
公開日2011年11月30日 申請日期2011年3月24日 優先權日2011年3月24日
發明者劉昊, 朱曉, 陶國良 申請人:浙江大學