偏心活塞杆式流體驅動缸的製作方法
2023-08-08 13:28:56
專利名稱：偏心活塞杆式流體驅動缸的製作方法
技術領域：
本發明是一種關於利用壓力流體驅動活塞杆作往復運動的流體驅動缸、特別是一種關於活塞杆只作往復運動而不會轉動的流體驅動缸的發明。
流體驅動缸(包括以油、水或空氣等壓力流體作為驅動介質的各種往復運動缸)，是一種古老而又基本的液壓元件。它的主要作用是將流體的壓力能轉換成往復運動機械能，產生直線往復運動及推動力。作為液壓或氣動系統的執行元件，流體驅動缸被廣泛地使用於各種工業領域中。
隨著工業生產的發展，人們對流體缸尤其是氣動缸活塞杆的運動形式及精度的要求也進一步提高。在許多領域如自動裝配生產線、物料傳輸生產線、包裝及印刷工業生產線中等，不僅要求流體驅動缸能夠提供往復運動，而且希望其活塞杆在作往復運動的同時，不產生任何旋轉運動，以精確地重複根據工作要求而設定的運動軌跡及動力傳遞。
從防止流體驅動缸活塞杆旋轉的方法來看，目前大致有兩類;一類是所謂的外部固定法，一種是內部固定法。採用外部固定方法時，一般是加上由導向杆及連接塊組成的導向機構，實現活塞杆或缸體的純往復運動。這種方法的缺點是安裝體積大，零件數較多，導向孔的加工難度大等。另一種防止活塞杆在往復運動時產生旋轉的方法是所謂內部固定法。在這種方法中，又有好幾種形式一是在缸體的內部及活塞杆的適當部位開設花鍵、平鍵或導向銷等，另一種則是採用非圓形斷面的缸孔及活塞如圓錐形，三角形，矩形等。除此之外，還有一種採用兩個或更多個整體式平行缸及活塞杆、而在外部將數根活塞杆作機械固定的方法。這些方法雖然都能達到活塞杆只作往復運動而不轉動的要求，但均存在著或者是零件數較多，或者是零件的加工複雜而最終導致成本較高、安裝體積大等問題，尤其是在製作大行程流體驅動缸時，情況更是如此。
針對這種情況，本發明的目的在於提供一種加工簡單、成本低、體積小、重量輕、工作可靠、可方便地實現大行程往復運動的活塞杆非旋轉式流體驅動缸。
發明的意圖由下述方法實現在一個圓柱形的缸孔中，安設一個圓柱形的活塞，活塞的外圓面設有圓形密封圈。缸體的兩端設有缸蓋，缸蓋的外形可以是圓柱形或其它形狀，但與缸體不能作相對的軸向及旋轉運動。在活塞及缸蓋中部偏離中心的某一部位，分別開設一個相互同心但與缸孔不同心的偏心孔。活塞杆的外圓面通過所論偏心孔與活塞連接在一起，兩者之間為緊固連接，使之不能產生任何相對運動。在缸蓋上的偏心孔處，設置一個滑動軸承或滾珠式直線運動軸承，活塞杆與該軸承的內孔為間隙配合，兩者之間可以產生往復運動。為防止流體外漏，在缸蓋的適當部位，設有與活塞杆表面配合的密封圈。
由於活塞杆的軸心與缸孔及缸蓋的軸心不在一條線上即存在一個偏心，而活塞杆與活塞又是緊固在一起的，加之缸蓋也不能相對於缸體轉動，故活塞杆只能相對於缸孔和缸蓋作往復運動而不能轉動，從而既簡單又可靠地實現了發明的意圖，其結構原理如附圖
一所示，圖中的「K1」，「K2」為流體通道，壓力流體將通過該通道被輪流送進活塞的兩側，驅動活塞及活塞杆向左右往復運動。
在採用孔用卡圈對缸蓋作軸向固定的場合，為了保證缸蓋本身不會相對於缸孔旋轉，在本發明中採用了如下方法在缸體主缸孔的兩側，分別開設了兩個直徑較大、與缸蓋外圓面配合的偏心側孔，該偏心側孔的中心不能與主缸孔同心，也可不與活塞杆同心。也就是說，在使缸蓋的內孔及活塞杆與缸孔中心具有一個偏心量「E1」的同時，使缸蓋的外圓面及直徑較大的兩端側孔與主缸孔之間也具有一個偏心量「E2」(「E2」可等於「E1」)，如附圖四-附圖六中所示。
為了減少往復運動面的接觸磨損，在活塞的外部與缸孔表面之間安設了一個可繞自己軸心旋轉的抗磨軸承環。
設置在缸蓋處的軸承，既可以是滑動軸承，也可以是滾珠式直線運動軸承，但後者的價格較貴。為解決活塞杆對滑動軸承產生的偏磨問題及降低成本，在本發明中採用了如下方法在缸蓋上的偏心孔與滑動軸承之間，安設一個可繞自己軸線轉動的滾動軸承，滑動軸承的外圓面同滾動軸承的內圈為緊配合，內圓面則與活塞杆表面相配合。當流體缸工作時，滾動軸承的間歇滾動可以不斷地改變滑動軸承與活塞杆之間的接觸摩擦部位。
因為本發明所論流體驅動缸的所有配合面均為圓環形表面，故加工容易，結構簡單，工作可靠，成本低廉。又因不存在如導向杆之類的任何外部附加零部件，故體積很小且特別適應於製造大行程的流體缸。
與現有的各種活塞杆非旋轉式流體缸相比，本發明具有結構簡單，加工成本低，體積小，工作可靠、尤其適應於製造大行程流體驅動缸等一系列優點。
依據本發明提出的實施例由附圖二-附圖六給出，附圖二為偏心單活塞杆式流體缸，缸蓋與缸體之間採用螺杆連接，附圖三是其側視圖;附圖四表示另一種結構的偏心單活塞杆流體缸，其缸蓋與缸體的固定為孔用卡圈形式，附圖五是其側視圖。附圖六表示一種偏心雙活塞杆流體缸的實施例，活塞杆在不旋轉的同時，可向缸體兩側提供直線運動及驅動力，因為其側視圖與附圖五基本相同，故予省略。
下面，結合附圖二-附圖六，詳細說明依據本發明提出的偏心活塞杆式流體驅動缸的結構特點及工作原理。
如附圖二所示，該流體驅動缸主要由缸體(01)，活塞杆(02)，(兩片式)活塞(03)，抗磨軸承環(04)，大密封圈(05)，(06)，緊固螺母(07)，前缸蓋(08)，滑動軸承(09)，滾針軸承(10)，前缸蓋密封圈(11)，後缸蓋(12)，連接螺釘(13)等零部件組成。在缸體(01)兩端的適當部位，設有流體通道即流體進出口「K1」及「K2」。
從圖中可以看出，活塞杆(02)的軸線及前後、缸蓋(08)，(12)上的孔軸線與缸孔的軸線之間均有一個偏心「E1」。活塞(03)與活塞杆(02)之間由螺母(07)加以緊固，使兩者之間不能產生任何相對運動。這樣，活塞杆及活塞便無法相對於任何軸線轉動而只能作軸向運動。
當有徑向載荷或轉動力矩作用在活塞杆上時，則會使活塞杆及活塞的部分圓形表面分別與各自的配合表面產生接觸，由此接觸反力而形成反力矩。為了減少因這種接觸反力造成的偏磨，在活塞的外圓面設置了一個可自由轉動的抗磨軸承環(04)，而在缸蓋的偏心孔與活塞杆之間，則設置了一個滾針軸承(10)及一個滑動軸承(09)。(必要時，滑動軸承可以同滾針軸承的內圈合為一體)。這樣，滑動軸承的內表面與活塞杆接觸，滾動軸承的間歇滾動則可不斷地改變滑動軸承內表面與活塞杆的接觸部位，以使整個軸承內表面磨損均勻。由於一般情況下，作用於氣動缸活塞杆的轉動力矩並不大，故可把活塞杆與缸孔之間的偏心設計得很小，以儘量減少由於作用在活塞上的軸向力不重合而產生的力矩。
在缸體的兩端開設有流體通道「K1」及「K2」，當壓力流體從「K1」進入、而「K2」接通至低壓管道時，活塞杆便產生向右面方向的運動，反之亦然。
缸蓋及缸孔之間由連接螺釘(13)加以軸向固定，同時防止缸蓋的轉動。缸蓋上的安裝法蘭外圓面既可以是與缸孔同心的形式，也可以是與活塞杆同心的形式，附圖三所示結構為安裝法蘭的外圓面與活塞杆同心的結構。
附圖四表示了依據本發明提出的另一種偏心單活塞杆式流體驅動缸的結構。與前述實施例不同的是，在本實施例中，兩端缸蓋不是由連接螺釘進行軸向及旋轉固定，而是由兩個直徑較大的偏心側孔及孔用卡圈實現軸向及旋轉固定，以進一步簡化結構及減小流體驅動缸的軸向尺寸。
為了防止缸蓋本身相對於缸體的轉動，缸蓋外圓面及與之相配合的側孔中心與缸孔中心也存在著一個偏心量「E2」。
實施例由缸體(01)，活塞杆(02)，整體式活塞(03)，抗磨軸承環(04)，大密封圈(05)，(06)，緊固螺母(07)，前缸蓋(08)，滑動軸承(09)，滾珠軸承(10a)，前缸蓋密封圈(11)，後缸蓋(12)，兩個孔用卡圈(14)，永久性磁鐵(15)等零部件組成。在缸體兩端的適當部位，開設有流體通道「K1」及「K2」。
當壓力流體從流體通道「K1」，「K2」被輪流送進活塞的兩側時，活塞杆便會在活塞的推動下，相應的向右、左方向運動。與前述實施例一樣，因為活塞與活塞杆為緊固連接，活塞杆中線相對於缸孔中心有一個偏心「E1」，缸蓋外圓面中心與缸孔中心也有一個偏心「E2」，故活塞及活塞杆只能作軸向運動而不會相對於缸體轉動。
在活塞(03)上設置永久性磁鐵(15)的目的，是為了便於製造位置感應型流體驅動缸。
在活塞左端面開設了一個圓環槽，該圓環槽與滑動軸承的右端為間隙配合，以構成一個簡易型緩衝裝置。
附圖六為本發明用於偏心雙活塞杆式流體驅動缸的實施例。
與前述兩個實施例相比，本實施例的不同點在於活塞杆同時伸出前、後缸蓋，故可向缸體兩側提供直線運動及驅動力。因此，在前後缸蓋上均設置了滑動軸承(09)及密封圈(11)。考慮到在某些應用中，作用在活塞杆上的轉矩及徑向載荷很小即作用在滑動面之間的徑向載荷很小，為儘量簡化結構及降低加工成本，在本實施例中採用了低成本結構設計。
如附圖六所示，本實施例由缸體(01)，活塞杆(02)，整體式活塞(03)，大密封圈(05)，(06)，前缸蓋(08)，後缸蓋(12)，兩個孔用卡圈(15)，兩個滑動軸承(09)，將活塞與活塞杆連接成一體的圓錐銷(16)等零部件組成。活塞上的內孔及活塞杆中心相對於缸孔有一個偏心「E1」，缸蓋的外圓面及兩側直徑較大的側孔中心與缸孔中心也有一個偏心「E2」，從而保證活塞及活塞杆無法帶動缸蓋一起相對於缸體轉動而只能作往復運動。
在缸體兩端的適當部位，開設有流體通道即流體的進出口「K1」及「K2」。在活塞的兩端面上開設了兩個圓環槽，分別與前後缸蓋上的軸承支承突出部形成間隙配合，構成兩個簡易型緩衝裝置。
由於本實施例的工作原理及其他結構特點同前述兩個實施例基本相同，故不在此贅述。
如果在活塞與兩端缸蓋之間設置適當的可調型減振緩衝裝置，便可得到動態性能良好的各種流體驅動缸。
順便指出，利用本發明提出的基本原理即活塞杆軸線與缸孔軸線不同心的基本結構，還可以製造出各種不同類型的流體驅動缸如單作用多活塞伸縮式流體缸，雙作用多活塞伸縮式流體缸及其他派生產品等。
附圖中的圖號說明(01)，缸體;(02)，活塞杆;(03)，活塞;(04)，抗磨軸承環，(05)，(06)，大密封圈;(07)，緊固螺母;(08)，前缸蓋;
(09)，滑動軸承;(10)，滾動軸承;(11)，前缸蓋密封圈;
(12)，後缸蓋;(13)，軸向連接螺釘;(14)，孔用卡圈;
(15)，永久性磁鐵;(16)，錐面圓柱銷;
「E1」，活塞杆及缸蓋中部孔與缸孔的偏心量;
「E2」，缸蓋外圓面中心與缸孔中心的偏心量;
「K1」、「K2」，流體通道(流體進出口)。
權利要求
「偏心活塞杆式流體驅動缸」，為一種利用壓力流體(包括油、水及空氣等)驅動活塞杆作往復運動而不會轉動的流體驅動缸，其基本功能是將流體的壓力能轉換成純往復運動機械能，產生直線往復運動及推動力，為一種液壓或氣動系統的執行元件。該流體驅動缸主要由缸體(01)，活塞杆(02)，活塞(03)，抗磨軸承環(04)，大密封圈(05)，(06)，緊固螺母(07)，前缸蓋(08)，滑動軸承(09)，滾動軸承(10)，缸蓋密封圈(11)，後缸蓋(12)等零部件組成，其權利要求如下1、活塞杆的軸線與缸孔的軸線之間有一個偏心距。
2.缸蓋上(通過軸承等零件)與活塞杆配合的內孔中心與缸孔中心也有一個偏心距「E1」。
3.根據權利要求「1」所述的流體驅動缸，其特徵在於當採用孔用卡圈對缸蓋作軸向固定時，缸蓋外圓面的中心與缸孔的中心也有一個偏心距，以放置缸蓋本身相對於缸孔的轉動。
4.在缸蓋上的內孔與滑動軸承之間，設置了一個滾動軸承。該滾動軸承的作用是帶動滑動軸承作間歇滾動，以不斷地改變滑動軸承與活塞杆的接觸摩擦部位。
全文摘要
「偏心活塞杆式流體驅動缸」，是一種利用壓力流體(包括油、水及空氣等)驅動活塞杆只作往復運動而不會轉動的流體驅動缸。其基本功能是將流體的壓力能轉換成純往復運動機械能，為一種氣動或液壓系統的執行元件。其主要結構特點是活塞杆同缸孔及缸蓋上的內孔等具有一定的偏心量，從而可簡單有效地實現活塞杆只作往復運動而不會轉動的要求。本發明具有結構簡單、加工容易、體積小、成本低、尤其適應於製作大行程流體缸等一系列優點。
文檔編號F15B15/14GK1114011SQ9410570
公開日1995年12月27日 申請日期1994年5月24日 優先權日1994年5月24日
發明者杜長春 申請人:杜長春