兩端預(yù)緊式壓電堆致缸體多模態(tài)振動(dòng)的低摩擦特性氣缸的制作方法
【專利摘要】?jī)啥祟A(yù)緊式壓電堆致缸體多模態(tài)振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，本發(fā)明涉及的是氣動(dòng)控制的【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有減摩結(jié)構(gòu)存在噪音大、壽命短、制造難度大、體積大、油液污染、出力小、可靠性低的問題。它的通用型氣缸總成的缸筒尾端兩側(cè)分別設(shè)置有第一支撐腳和第二支撐腳，第一支撐腳的底端面與第一壓電堆一個(gè)端面頂接，第二支撐腳的底端面與第二壓電堆一個(gè)端面頂接，第一壓電堆的另一個(gè)端面、第二壓電堆的另一個(gè)端面都與安裝座的端面頂接，緊固螺栓穿過安裝座后與缸筒尾端底部螺紋連接，使緊固螺栓的軸心線與通用型氣缸總成的缸筒的軸心線重合。本發(fā)明在超聲振動(dòng)諧振狀態(tài)下能降低活塞（桿）與缸體之間摩擦力的百分之五十以上，減摩效果良好。
【專利說明】?jī)啥祟A(yù)緊式壓電堆致缸體多模態(tài)振動(dòng)的低摩擦特性氣缸

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是氣動(dòng)控制的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]氣缸的活塞在低速工作時(shí)，常發(fā)生時(shí)走時(shí)停的不連續(xù)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，即氣缸爬行。氣缸爬行現(xiàn)象嚴(yán)重影響氣壓傳動(dòng)的精度。為消除此現(xiàn)象，常用方法為在控制信號(hào)上疊加顫振
信號(hào)以補(bǔ)償氣缸的摩擦力。但顫振信號(hào)的引入大大降低了控制閥的壽命，并帶來不必要的噪聲與抖動(dòng)，因此應(yīng)用受限。
[0003]另一種方法是利用氣浮原理在氣缸摩擦副之間引入一層氣膜，從而明顯減少氣缸的動(dòng)、靜摩擦力，使氣缸爬行現(xiàn)象得到很大改善。如專利⑶1021554651然而這種氣浮低摩擦氣缸在制造過程中，對(duì)各部件的加工精度提出了很高要求，且在大尺寸的氣浮氣缸加工制造中存在很大難度。
[0004]還有一種方法是在對(duì)低速性能要求較高的場(chǎng)合，氣液聯(lián)控伺服系統(tǒng)時(shí)常被使用。通過增加系統(tǒng)的阻尼，氣缸低速的爬行有了很大的改善。但這一系統(tǒng)往往體積較大，且易引入油液污染。
[0005]還有一種方法是利用超聲振動(dòng)減小摩擦的原理在氣缸上貼壓電片，利用其輸出的超聲振動(dòng)減小摩擦力。如專利⑶103195770八、⑶103195772八。但這種貼片式氣缸存在壓電片出力較小，與缸筒連接方式可靠性不夠理想的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種兩端預(yù)緊式壓電堆致缸體多模態(tài)振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有減摩結(jié)構(gòu)存在噪音大、壽命短、制造難度大、體積大、油液污染、出力小、可靠性低的問題。
[0007]本發(fā)明的一種兩端預(yù)緊式壓電堆致缸體多模態(tài)振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，它包括通用型氣缸總成、第一壓電堆、第二壓電堆、緊固螺栓、安裝座；
通用型氣缸總成的缸筒尾端兩側(cè)分別設(shè)置有第一支撐腳和第二支撐腳，第一支撐腳的底端面與第一壓電堆一個(gè)端面頂接，第二支撐腳的底端面與第二壓電堆一個(gè)端面頂接，第一壓電堆的另一個(gè)端面、第二壓電堆的另一個(gè)端面都與安裝座的端面頂接，緊固螺栓穿過安裝座后與缸筒尾端底部螺紋連接，使緊固螺栓的軸心線與通用型氣缸總成的缸筒的軸心線重合，使安裝座的端面與第一支撐腳的底端面和第二支撐腳的底端面平行相對(duì)，使第一壓電堆和第二壓電堆分別對(duì)稱設(shè)置在緊固螺栓的軸向兩側(cè)；第一壓電堆和第二壓電堆均是縱向振動(dòng)壓電堆；當(dāng)?shù)谝粔弘姸雅c第二壓電堆的驅(qū)動(dòng)相位差為180°時(shí)，整個(gè)缸筒為彎曲振動(dòng)模態(tài)；當(dāng)?shù)谝粔弘姸雅c第二壓電堆的驅(qū)動(dòng)相位差為0°時(shí)，整個(gè)缸筒為縱向振動(dòng)模態(tài)。
[0008]本發(fā)明在超聲振動(dòng)諧振狀態(tài)下能降低活塞(桿)與缸體之間摩擦力的百分之五十以上，減摩效果良好。本發(fā)明是通過改變輸入信號(hào)的相位差使振動(dòng)氣缸振動(dòng)模態(tài)得以切換的基于超聲減摩原理而設(shè)計(jì)的低摩擦氣缸。其結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)多重模態(tài)振動(dòng)，具有出力較大、輸出振幅大、加工容易、適用性強(qiáng)等特點(diǎn)，在低速氣缸領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。還具有噪音小、壽命長(zhǎng)、容易制造、出力大、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2是【具體實(shí)施方式】二的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由通用型氣缸總成1、第一壓電堆2、第二壓電堆3、緊固螺栓4、安裝座5組成；
通用型氣缸總成I的缸筒1-1尾端兩側(cè)分別設(shè)置有第一支撐腳1-2和第二支撐腳1-3，第一支撐腳1-2的底端面與第一壓電堆2 —個(gè)端面頂接，第二支撐腳1-3的底端面與第二壓電堆3 —個(gè)端面頂接，第一壓電堆2的另一個(gè)端面、第二壓電堆3的另一個(gè)端面都與安裝座5的端面5-1頂接，緊固螺栓4穿過安裝座5后與缸筒1-1尾端底部螺紋連接，使緊固螺栓4的軸心線與通用型氣缸總成I的缸筒1-1的軸心線重合，使安裝座5的端面5-1與第一支撐腳1-2的底端面和第二支撐腳1-3的底端面平行相對(duì)，使第一壓電堆2和第二壓電堆3分別對(duì)稱設(shè)置在緊固螺栓4的軸向兩側(cè)；第一壓電堆2和第二壓電堆3均是縱向振動(dòng)壓電堆；當(dāng)?shù)谝粔弘姸?與第二壓電堆3的驅(qū)動(dòng)相位差為180°時(shí)，整個(gè)缸筒1-1為彎曲振動(dòng)模態(tài)；當(dāng)?shù)谝粔弘姸?與第二壓電堆3的驅(qū)動(dòng)相位差為0°時(shí)，整個(gè)缸筒1-1為縱向振動(dòng)模態(tài)。
[0011]所述第一支撐腳1-2底端面的面積和第二支撐腳1-3底端面的面積都等于或大于壓第一壓電堆2、第二壓電堆3的端面面積，即第一壓電堆2的端面、第二壓電堆3的端面分別被第一支撐腳1-2、第二支撐腳1-3完全覆蓋。
[0012]所述第一壓電堆2和第二壓電堆3為Piezomechanik公司產(chǎn)品-PSt 150/5X5/7。所述第一壓電堆2和第二壓電堆3的驅(qū)動(dòng)波形為正弦或三角波。所述第一壓電堆2和第二壓電堆3的驅(qū)動(dòng)頻率為超聲波頻段，具體是整個(gè)裝置的諧振頻率。
[0013]工作原理:第一壓電堆2、第二壓電堆3在工作時(shí)，通過第一支撐腳1-2和第二支撐腳1-3驅(qū)動(dòng)通用型氣缸總成I的缸筒1-1做縱向振動(dòng)或彎曲振動(dòng)，使通用型氣缸總成I的氣缸活塞及端蓋處密封圈與對(duì)應(yīng)摩擦副處于高頻振動(dòng)狀態(tài)，利用高頻振動(dòng)的減摩效應(yīng)，減少摩擦副間的動(dòng)靜摩擦系數(shù)的差值，進(jìn)而削弱其低速運(yùn)行時(shí)的動(dòng)靜摩擦力的切換，以達(dá)到改善氣缸低速運(yùn)行時(shí)摩擦力等特性的目的，從而減少氣缸的爬行現(xiàn)象。
[0014]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式在【具體實(shí)施方式】一的基礎(chǔ)上增加有第一 H形柔性鉸鏈6和第二 H形柔性鉸鏈7 ;第一 H形柔性鉸鏈6設(shè)置在第一壓電堆2與端面5-1之間，第二 H形柔性鉸鏈7設(shè)置在第二壓電堆3與端面5-1之間。
[0015]本實(shí)施方式具有增加緊固螺栓4軸向的旋轉(zhuǎn)自由度，具有優(yōu)化振動(dòng)效果，延長(zhǎng)第一壓電堆2和第二壓電堆3的工作壽命的作用。
【權(quán)利要求】
1.兩端預(yù)緊式壓電堆致缸體多模態(tài)振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，它包括通用型氣缸總成(I)、第一壓電堆(2)、第二壓電堆(3)、緊固螺栓(4)、安裝座(5)； 其特征在于通用型氣缸總成(I)的缸筒(1-1)尾端兩側(cè)分別設(shè)置有第一支撐腳(1-2)和第二支撐腳(1-3)，第一支撐腳(1-2)的底端面與第一壓電堆(2) —個(gè)端面頂接，第二支撐腳(1-3)的底端面與第二壓電堆(3)—個(gè)端面頂接，第一壓電堆(2)的另一個(gè)端面、第二壓電堆(3)的另一個(gè)端面都與安裝座(5)的端面(5-1)頂接，緊固螺栓(4)穿過安裝座(5)后與缸筒(1-1)尾端底部螺紋連接，使緊固螺栓(4)的軸心線與通用型氣缸總成(I)的缸筒(1-1)的軸心線重合，使安裝座(5 )的端面(5-1)與第一支撐腳(1-2 )的底端面和第二支撐腳(1-3)的底端面平行相對(duì)，使第一壓電堆(2)和第二壓電堆(3)分別對(duì)稱設(shè)置在緊固螺栓(4)的軸向兩側(cè)；第一壓電堆(2)和第二壓電堆(3)均是縱向振動(dòng)壓電堆；當(dāng)?shù)谝粔弘姸?2)與第二壓電堆(3)的驅(qū)動(dòng)相位差為180°時(shí)，整個(gè)缸筒(1-1)為彎曲振動(dòng)模態(tài)；當(dāng)?shù)谝粔弘姸?2)與第二壓電堆(3)的驅(qū)動(dòng)相位差為0°時(shí)，整個(gè)缸筒(1-1)為縱向振動(dòng)模態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩端預(yù)緊式壓電堆致缸體多模態(tài)振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，其特征在于所述第一支撐腳(1-2)底端面的面積和第二支撐腳(1-3)底端面的面積都等于或大于壓第一壓電堆(2)、第二壓電堆(3)的端面面積，即第一壓電堆(2)的端面、第二壓電堆(3)的端面分別被第一支撐腳(1-2)、第二支撐腳(1-3)完全覆蓋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩端預(yù)緊式壓電堆致缸體多模態(tài)振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，其特征在于所述第一壓電堆(2)和第二壓電堆(3)為Piezomechanik公司產(chǎn)品-PSt150/5X5/7。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩端預(yù)緊式壓電堆致缸體多模態(tài)振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，其特征在于所述第一壓電堆(2)和第二壓電堆(3)的驅(qū)動(dòng)波形為正弦或三角波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩端預(yù)緊式壓電堆致缸體多模態(tài)振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，其特征在于所述第一壓電堆(2)和第二壓電堆(3)的驅(qū)動(dòng)頻率為超聲波頻段，具體是整個(gè)裝置的諧振頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩端預(yù)緊式壓電堆致缸體多模態(tài)振動(dòng)的低摩擦特性氣缸，其特征在于它增加有第一 H形柔性鉸鏈(6)和第二 H形柔性鉸鏈(7);第一 H形柔性鉸鏈(6)設(shè)置在第一壓電堆(2 )與端面(5-1)之間，第二 H形柔性鉸鏈(7 )設(shè)置在第二壓電堆(3 )與端面(5-1)之間。
【文檔編號(hào)】F15B15/20GK104405716SQ201410611173
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】高焓, 包鋼, 程廷海 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)