一種無杆動力液壓缸的製作方法
2023-04-28 05:31:06
專利名稱：一種無杆動力液壓缸的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無杆動力液壓缸，該液壓缸具有設置在缸筒內並沿該筒的軸線移動的活塞和設置在該筒的外部並通過形成在該筒壁上的切口與該活塞相連接的外部移動體。更確切地說，本發明涉及一種無杆動力液壓缸，該液壓缸提供有橫斷面為非圓形的中心孔，並且在其上形成切口的內表面基本上是非曲面或是曲率很小的曲面。
背景技術：
一個無杆動力液壓缸包括一個在其壁上有軸向切口的筒(液壓缸筒)和一個設置在該筒的中心孔內並可沿該筒的縱軸移動的活塞。活塞的移動通過一個部件傳遞給外部移動體，該部件通過沿其縱軸形成在該筒壁上的切口使外部移動體與活塞相連接。通常，沿該切口在該筒的內和外壁面上設置有內部密封帶和外部密封帶，以覆蓋該切口的內、外開口。
在各種的出版物中已經公開了具有非圓形橫斷面如橢圓形橫斷面或長橢圓形橫斷面的無杆動力液壓缸。例如(A)日本未審查專利公報(公開)NO.50-89775公開了一種無杆動力液壓缸，該動力液壓缸包括一個其橫斷面大體為矩形的中心孔。中心孔的切口側內表面是平面，並且該切口由一薄的金屬帶密封，該金屬帶與平的切口側內表面面對面地相接觸。
(B)日本未審查實用新案公報(公開)NO.1-104407和日本未審查實用新案公報(公開)NO.1-180001公開了具有非圓形中心孔的無杆動力液壓缸。這些出版物中的無杆動力液壓缸中，在中心孔的內表面上的切口的開口被加大了，以形成用來容納彈性密封帶的槽。安裝入該槽內的彈性密封帶的厚度相對較大。
(C)日本未審查專利公報(公開)NO.62-46009公開了一種具有圓形橫斷面的中心孔的無杆動力液壓缸。在該無杆動力液壓缸中，雖然該中心孔為圓形橫斷面，但在切口的兩端上的中心孔的內表面部分形成凹槽，該凹槽的曲率大於該中心孔的表面的曲率。曲率與凹槽的曲率相一致的薄的內部密封帶用於密封該切口的開口。
(D)日本未審查專利公報(公開)NO.54-28978公開了一種無杆動力液壓缸，該動力液壓缸具有橫斷面基本為圓形的筒。中心孔的整個的切口側內表面的曲率小於該筒的外壁的曲率，並且凹槽不形成在切口側內表面上的切口的開口部分處。內部密封帶是一個薄而平的帶，由中心孔的內部流體壓力使其產生撓曲變形進入該切口。由於密封帶的橫向邊緣和切口側內表面之間的接觸形成密封而保持住內部壓力。
(E)日本未審查專利公報(公開)NO.56-124711公開了一種在無杆動力液壓缸的活塞端部上的活塞密封件結構。該公報中的活塞密封件是環形的並具有與中心孔的內表面相接觸的外唇緣。外唇緣的周邊部分形狀與密封帶的內表面互補。
(F)日本未審查實用新案公報(公開)NO.1-180001公開了另一種類型的活塞密封件。該公報中的活塞密封件也是環形的並具有外唇緣。然而，在此公報中，在對應於內部密封帶的邊緣部分上，提供了連接該外唇緣和該密封件的內唇緣(基部)的橋。這些橋增加了將這些邊緣推向中心孔的內表面的力以增加密封帶的密封能力。
(G)日本未審查專利公報(公開)NO.1-6505公開了在活塞衝程的末端設置用來接收該活塞的阻尼器的結構。在此公報中，阻尼器被連接到關閉筒的兩端的端部部件上。該端部部件在面對相對的活塞端部的面上具有孔，用來安裝杆狀橡膠阻尼器。該杆狀橡膠阻尼器有階梯狀直徑部分並通過將較大直徑端插入端部部件上的孔內而安裝到端部部件上。當活塞在其衝程的末端撞擊到一阻尼器的較小端時，橡膠阻尼器在軸向上產生彈性變形，其直徑脹大以吸收活塞的動能直到活塞停止。
(H)日本未審查專利公報(公開)NO.63-190909公開了一種用於無杆動力液壓缸的另一類型的阻尼器。在此公報中的阻尼器(一個外部阻尼器)或減振器用安裝座架安裝到筒的外壁上。外部阻尼器在活塞衝程的末端接收外部移動體以吸收外部移動體和活塞的動能。
(I)日本未審查專利公報(公開)NO.7-269514公開了一種位於中心孔的內表面和一插入中心孔的端部部件的插入部分之間的液壓缸墊圈的結構。此公報中的液壓缸墊圈被裝入形成在端部部件的插入部分的周邊上的槽中。在該槽的底部上面對內部密封帶的部分上形成一凸出部分，以便以高於液壓缸墊圈的另外部分的壓力將液壓缸墊圈壓向密封帶。
然而，在公報(A)至(I)中公開的無杆動力液壓缸具有各種各樣的缺點。
例如，在公報(A)中，薄金屬帶的內部密封帶壓靠在中心孔的平的內表面上，以便在密封帶和內表面之間得到面對面的接觸。因此，為了得到良好的密封性能，中心孔表面和內部密封帶的表面的粗糙度必須保持在很小的水平。所以，中心孔和內部密封帶的表面必須加工到具有較高的精確度。這就增加了無杆動力液壓缸的製造成本。
而且，由於公報(B)中的無杆動力液壓缸使用有較大厚度的彈性體密封帶代替薄金屬密封帶，因此必須在切口側內表面上提供具有足夠深度用以容納厚的彈性體密封帶的槽。這將會導致筒的壁厚的增加，並使得即使在使用非圓形的扁平中心孔的情況下，降低筒的高度(厚度)也很困難。
公報(C)中的無杆動力液壓缸所使用的筒具有橫斷面為圓形的中心孔。因此，降低筒的高度很困難。進而，此公報中的無杆動力液壓缸使用了薄的金屬內密封帶，該密封帶是一圓弧，其圓心位於筒的縱軸上。由於此密封帶由導向滾子引導，當它被導向滾子引導時，該密封帶變平。所以當密封帶接觸導向滾子時，導向滾子使其產生撓曲變形。這就降低了密封帶的耐久性。
進而，由於接收密封帶的凹槽的接觸表面和密封帶的表面均是彎曲的，兩個接觸表面的曲率必須彼此嚴格地一致，以便得到良好的密封性能。這就需要凹槽的表面和密封帶的表面具有較高的加工精度。另外，當使用彎曲的密封帶時，很難精確地預測由內部壓力所引起的密封帶的變形量。因此，設計密封帶時很難精確地估算密封性能。從實用性的觀點看，這些困難使得公報(C)中的密封帶很難應用於實際的無杆動力液壓缸中。
公報(D)中的無杆動力液壓缸使用了有圓形橫斷面的筒。因此，降低筒的高度也很困難。而且，此公報中的密封帶的密封能力由密封帶的邊緣和切口側內表面之間的接觸壓力來決定，即由密封帶的變形量來決定。還有，由於密封帶的變形量根據切口側內表面的曲率而變化，並且切口側內表面的曲率又隨筒的直徑而變，因此為使用不同直徑的筒，獲得最大密封能力所需的密封帶的變形量必須重新計算。
公報(E)中所用的活塞密封件僅靠內部壓力把外緣壓靠在中心孔的內表面上來密封。因此當內部壓力低時，活塞密封件的密封能力就變得不足。
在公報(F)的活塞密封件中，當內部壓力較高時，連接外緣和內緣的橋對活塞密封件的密封能力具有有害的影響。內部壓力高時，施加在外緣上使外緣緊靠在中心孔的內表面上的力變大。然而，在此公報中的活塞密封件中，由於橋接接收了該力的一部分，因而使外緣緊靠在內表面上的力變得不足。這就導致在內部壓力較高時，密封壓力不足。
公報(G)公開了活塞阻尼器的結構。雖然此公報中的阻尼器可以使活塞平穩地停止。由連接部件(軛)連接到活塞上的外部移動體本身並沒有停止。因此，當活塞在其衝程的末端撞擊到阻尼器上時，外部移動體的動量會將一較大的彎曲力矩施加在該軛上。
當使用公報(H)中的外部阻尼器時，外部移動體的動量可以被外部阻尼器吸收，施加在軛上的彎曲力矩變小。然而，由於外部移動體的動量很大，需要外部阻尼器或減振器具有較大的減振能力。這會導致無杆動力液壓缸的製造成本的增加。而且，即使使用了有足夠減振能力的外部阻尼器，當外部移動體撞擊到外部阻尼器時也會產生很大的噪音。
在公報(I)中的無杆動力液壓缸中，在槽的底部表面上提供了凸出部分以便以一較大的力使液壓缸墊圈緊靠在密封帶上。然而，由於液壓缸墊圈的彈性變形，液壓缸墊圈在凸出部分的兩端不會緊密地與槽的底部相接觸。這會導致流體通過凸出部分的兩端的洩漏。
而且，由於對應於密封帶位置的液壓缸墊圈的部分由較大的力使其緊靠在密封帶上，因此在該部分墊圈的永久變形變大。這會導致液壓缸墊圈材料的惡化。
而且，為了在插入部分的槽底部形成凸出部分，使鑄造端部部件所用的模具的形狀變得複雜。這也會導致無杆動力液壓缸的製造成本的增加。
考慮到如上所述的現有技術中存在的問題，本發明的目的之一是提供一種無杆動力液壓缸，在該動力液壓缸中，通過使用帶有非圓形橫斷面的中心孔的筒而使筒的高度降低，同時能夠保持內部密封帶的高密封能力。
本發明的另一目的是提供一種無杆動力液壓缸，其中設計切口的密封的步驟可以減少。
本發明另外一個目的是提供一種裝配有活塞密封件的無杆動力液壓缸，該活塞密封件能夠在寬的內部壓力範圍內保持良好的密封能力且不會妨礙液壓缸的移動。
本發明再一個目的是提供一種裝配有阻尼器的無杆動力液壓缸，該阻尼器能夠停止活塞和外部移動體的運動而不會在軛上引起大的彎曲力矩，同時能保持低的製造成本。
本發明另外一個目的是提供一種裝配有液壓缸墊圈的無杆動力液壓缸，該液壓缸墊圈具有高密封能力，而不會大幅度地增加製造成本。
上述的一個或多個目的可由本發明的無杆動力液壓缸來實現，本發明的無杆動力液壓缸包括具有中心孔的筒，其上有貫穿該筒的壁面並在平行於該筒的縱軸的方向上延伸的切口，該中心孔具有非圓形橫斷面並包括切口側內表面和相對於切口側內表面，上述切口形成在切口側內表面上，相對於切口側內表面與切口側內表面相對；活塞，該活塞具有非圓形橫斷面並設置在筒的中心孔內，可在其內沿該筒的縱軸方向移動，在活塞兩端裝有活塞密封件；一個外部移動體，該外部移動體設置在筒的外部並通過上述切口與活塞連接，以使外部移動體沿該切口與活塞一起移動；以及內部密封帶，該密封帶沿上述切口延伸並從中心孔的內部覆蓋該切口，其特徵為，位於垂直於筒的縱軸的平面上的中心孔的切口側內表面的曲率大體為零，位於該切口的兩端的切口側內表面的部分上形成有一凹槽，用於與內部密封帶的橫向邊緣相接觸，其中位於該切口的兩端的凹槽的內表面的曲率大於切口側內表面的曲率。
根據本發明，由於切口開口的密封由內部密封帶的橫向邊緣和凹槽的表面之間的接觸來實現，僅在與密封帶的邊緣相接觸的部分對凹槽表面的平坦程度有要求。因此，可以簡化筒的製造工序。當製造具有非圓形橫斷面的中心孔的筒時，這特別具有優勢。
而且，由於在本發明中使用了扁平的內部密封帶，由密封帶的撓曲變形所引起的使密封帶的邊緣緊靠在凹槽的表面上的彈性力與使用彎曲的內部密封帶的情形相比很容易計算。除此之外，由於當內部壓力施加在其上時，內部密封帶的變形由凹槽的曲率來決定，該變形，也就是使密封帶的邊緣緊靠在凹槽的表面上的彈性力，只要凹槽的曲率是相同的，即使筒的尺寸改變，它也不會改變。因此，通過使用具有相同曲率和相同的密封帶的凹槽，可使不同尺寸的筒得到數值相同的密封帶變形量。所以，即使筒的尺寸不同，一旦相對於一特定密封帶確定了其最佳曲率，該曲率和該密封帶的組合總是可以得到一最佳的密封能力。這就使得不必要對各種尺寸的液壓缸進行最佳變形量的計算，並大大簡化了設計密封結構的步驟。
還有，由於薄金屬帶被用作內部密封帶，與使用厚彈性帶作為內部密封帶相比，筒壁的厚度可以更小些。因此，具有非圓形橫斷面筒的高度可以大幅度地降低。
從下文的描述中可以更好地理解本發明，在描述中參照以下附圖附圖簡介
圖1是本發明的一個實施例的無杆動力液壓缸的縱剖視圖；圖2是圖1所示的無杆動力液壓缸的平面圖；圖3是沿圖2中的線III-III的剖視圖；圖4是圖1中所示的筒的剖視圖；圖5是圖4中的部分V的放大視圖；圖6是活塞密封件的前視圖；圖7是沿圖6中的線VII-VII的剖視圖；圖8是示出連接到活塞端部的活塞密封件的剖視圖；圖9是與圖8類似的剖視圖，示出了插入筒的中心孔內的活塞密封件；圖10是圖1所示的無杆動力液壓缸的局部切開透視圖；圖11是外部阻尼器的一個實施例的局部平面圖；圖12是示出了端部部件的插入部分的縱剖視圖；圖13是沿圖12中的線XIII-XIII的剖視圖；圖14至圖16示出了中心孔的形狀實施例各種筒的剖面圖；圖17示出了筒的切口側內表面上的凹槽的形狀的另一個實施例；
圖18示出了活塞密封件的另一實施例；圖19示出了液壓缸墊圈的另一實施例；圖20是沿圖19的線XX-XX的一個剖面圖。
最佳實施例下面將參照圖1至圖20描述本發明的無杆動力液壓缸的實施例。在圖1中，參考數字1代表無杆動力液壓缸。數字2代表無杆動力液壓缸1的筒(液壓缸筒)，該無杆動力液壓缸1由非磁性金屬，如鋁合金製成，並由擠壓或拉延工藝加工而成。如圖3和4所示，液壓缸筒2具有非圓形(在此實施例中，是一個長圓形)的中心孔3。狹長切口4形成在沿其整個長度的液壓缸筒的側壁上。在液壓缸筒2的外壁上，用於將端部部件連接到筒2上的槽5和用於安裝附件，比如傳感器的槽6形成在液壓缸筒2的整個長度上。
圖4示出了中心孔3的橫斷面。中心孔3具有長圓形橫斷面。在此實施例中，切口4開口在其上的中心孔的切口側內表面7和與切口側內表面7相對的中心孔的相對切口側內表面8是彼此相互平行的平面。切口側內表面7和相對切口側內表面8由液壓缸表面9連接在一起。
在切口4的兩側的切口側內表面7的部分上形成了液壓缸表面10。圖5是圖4中的部分V的放大視圖。如圖5所示，形成液壓缸表面10的圓柱體的中心軸線位於從切口的各個壁4a延伸的平面上。也就是，在此實施例中，切口壁4a由液壓缸表面10連接到切口側內表面7的平面上。在此實施例中，液壓缸表面10形成了一個凹槽，用於接納內部密封帶25。雖然在此實施例中，切口側內表面7是一個平面，但是切口側內表面7也可以是一個曲率很小的曲面。當切口側內表面7是曲面時，凹槽10的表面的曲率要大於切口側內表面7的曲率。
液壓缸筒2的兩端由端部部件11來封閉，並且由中心孔3的壁面和端部部件11來限定出液壓缸室13，如圖1所示。端部部件11具有插入部分14，該插入部分14與液壓缸墊圈15一同插入筒2內，使得液壓缸墊圈15介於兩者之間。在此情形下，端部部件11通過將自攻絲螺釘16擰緊入槽5的端部而固定於液壓缸筒2的端部(圖2)。自攻絲螺釘是當其被擰入螺釘孔時由其自身在螺釘孔的壁面上切割出螺紋的螺釘。在此實施例中，自攻絲螺釘16根據JIS(日本工業標準)No.B-1122來製造。但也可以使用其它的自攻絲螺釘作為螺釘16。通過使用自攻絲螺釘16，由於在連接端部部件之前，不需要在槽5的內壁上切割出螺紋，所以液壓缸筒2的製造程序被大大地簡化了。在此實施例中，由於在各個端部部件11的側面上提供了一個進口和一個出口11a(圖10)，所以每一個端部部件11用三個螺釘16固定(圖10)。
液壓缸室13由形成在活塞體18a的兩端上的活塞端部18b分成前液壓缸室13A和後液壓缸室13B(圖1)。活塞體18a和活塞端部18b形成了活塞18。活塞密封件35被連接到兩個活塞端部18b。在活塞18上，用於驅動外部移動體23經過切口4的活塞軛19與其一體地形成在活塞端部18b之間的部分上(圖1)。在筒2的外部的活塞軛19的端部上，用作外部移動體23基座的活塞座20與其形成一體。也就是，在此實施例中，活塞18、活塞軛19和活塞座20整體地構成了一個移動體。這個整體的移動體18由鋁合金壓鑄製成。在活塞軛19上方部分的活塞座20的上表面上形成了一個凹槽21。凹槽21沿筒2的縱向軸線方向上延伸。凹槽21形成了一個外部密封帶26從中通過的導槽。
為了防止灰塵進入筒2和活塞座20之間的空間內，一個刮板24被連接到活塞座20上，圍繞其下部周邊布置。
外部密封帶26和內部密封帶25沿切口4的整個長度設置在位於筒2的兩端上的各端部部件11之間。外部密封帶26通過活塞軛19的上表面，內部密封帶25通過活塞軛19的下表面。外部和內部密封帶是薄的有彈性的帶狀物，由磁性金屬，如鋼製成。密封帶25和26的寬度大於切口4。密封帶25、26的兩端由插入安裝孔29內的安裝銷30安裝到端部部件11上。為了蓋住安裝銷30的外端，在端部部件11上連接有蓋。這些蓋可以防止安裝銷30從端部部件11上脫落。
在此實施例中，在切口4的兩側沿其整個長度設置有磁鐵31。因此密封帶25和26除了通過活塞軛19的部分外沿其整個長度均被吸引到磁鐵31上。內部密封帶25被液壓缸室13內的流體壓力和磁鐵31的吸引力吸附到切口4上並密封住切口4。外部密封帶26也被磁鐵31的吸引力吸附到切口4上並密封住切口4。
從圖5中可以看出，當內部密封帶25被安裝在筒內時，內部密封帶25具有一個面對切口開口的外表面25b和一個面對筒的中心孔3的內表面25a。靠近橫向邊緣25c的內表面部分25a被加工成一個斜面33。外表面25b的邊緣藉助磁鐵31的吸引力和中心孔3內的流體壓力將其壓靠在凹槽10的表面上，形成密封，可防止流體通過切口4洩漏。外表面25b的邊緣25c被精確地加工，如使用一個整形機，以保證邊緣25c上不存在任何變形或扭曲。在此實施例中，邊緣的厚度被設置成小於0.1mm，最好被設置為大約0.02mm至0.05mm。從圖5中可以看出，當密封帶25是平的時(即，當密封帶25不朝向切口變形時)，密封帶的內表面25a與切口側內表面7貼合成一個平面，也就是，表面25a與切口側內表面7位於同一平面內。因此，在密封帶的邊緣25c處，由凹槽10的表面和密封帶25的內表面25a的斜面33形成凹坑34。切口4的開口和密封帶25的外部表面25b之間的距離L(圖5)，即當施加流體壓力時的密封帶25的撓曲變形量L，通過以下方式被設置為最佳值，即使將邊緣25c壓向凹槽10表面的密封帶變形所引起的彈力變成為一個適當的值。該最佳變形量(也就是，彈性力)是一個使得通過邊緣25c和凹槽10的表面之間的接觸部分的流體的洩漏量被減小到一個實際中可接受的水平的變形量，該洩漏量由實驗確定。
由於最佳變形量由凹槽10的表面的曲率和密封帶25的性能來決定，如果使用相同的密封帶25和相同的凹槽10的表面曲率的組合，那麼即使筒的大小尺寸不同，也可以得到相同的密封能力。因此，不必要為各種不同尺寸的筒分別設置最佳變形量L和凹槽10的表面的曲率。在此實施例中，當將凹槽10的表面的曲率半徑設置在25mm，將變形量設置在0.125mm時，可得到最佳的密封能力。
下面，將要說明本實施例中的阻尼器。如圖10所示，由橡膠製成的內部阻尼器被連接到各個端部部件11的插入部分14上，內部阻尼器70在活塞18的衝程末端抵靠在活塞端部18b上。如圖12所示，內部阻尼器70藉助於，如粘合劑被連接到插入部分14的端部上。當阻尼器70被連接到插入部分14上時，一個保持液壓缸墊圈15的墊圈槽14d形成在端部部件11和內部阻尼器70之間。在內部阻尼器70的中心設置有一個入/出口72。工作流體通過入/出口11a和端部部件11內的一個流體通道70以及內部阻尼器70上的入/出口72供入液壓缸室13並從液壓缸室13排出。如圖10所示，一對安裝孔70b形成在阻尼器70的端面70a上，杆狀彈性體阻尼器部件70c插入各安裝孔70b內。當阻尼器部件70c被安裝到阻尼器70上時，阻尼器部件70c從端面70a伸出一預定量。安裝孔70b的尺寸大於阻尼器部件70c的橫斷面。安裝孔70b的尺寸的確定應滿足下面的條件，即當阻尼器部件70c在衝程的末端被活塞端部18b壓縮時，阻尼器部件70c的最大橫向撓曲量和/或直徑的最大膨脹量可以被允許在安裝孔70b內。阻尼器部件由具有相對較小的彈性模量的材料，如一種腈橡膠製成，以便阻尼器部件70c容易在軸向上變形。
而且，每一個端部部件11均有一外部彈性體阻尼器80，當外部移動體23到達衝程的末端時，它們抵靠在外部移動體23的縱向端部上。在外部阻尼器80的表面上形成有多個面對外部移動體23(圖2和10)的垂直槽80b，以使抵靠在外部移動體23上的阻尼器80的部分容易撓曲。在阻尼器80的後面提供有凸起部分80c。當阻尼器80被連接到端部部件11上以便定位阻尼器80時，這些凸起部分80c被插入相應的凹槽80d中。
還有，從圖2和11中可以看出，外部阻尼器80具有沿液壓缸筒2的槽4延伸的下端部分81。如圖10所示，在每一個伸出的下端部分81的端部都設有插入部件82。下端部分81的長度由以下方式確定，即當阻尼器80與端部部件11接觸時，插入部分82位於各自攻絲螺釘16的端部之內。阻尼器80通過在自攻絲螺釘16的端部內部的位置上將插入部件82插入槽5內被連接到筒2上。因此，在筒2的兩端的兩個自攻絲螺釘16由阻尼器80的下端部分81所覆蓋。這種安裝方式使得安裝/拆卸外部阻尼器80都很方便。
當活塞80移動到其衝程的末端時，杆狀彈性體阻尼器部件70c首先與活塞端部18b接觸。當活塞18進一步推進時，阻尼器部件70c在軸向上產生撓曲，也就是，阻尼器部件70c在軸向上被壓縮並膨脹。活塞18的動能的一部分由阻尼器部件70c的撓曲所吸收。由於阻尼器部件70c製成杆狀，所以它在軸向上的撓曲就變得相對較大。而且，由於安裝孔70b的橫斷面大於阻尼器部件的橫斷面，所以在阻尼器部件70c的周邊和安裝孔70b的側壁之間形成較大的間隙。阻尼器部件70c可以在軸向上產生撓曲，直到由於其直徑的膨脹，阻尼器部件70c的周邊接觸到安裝孔70b的側壁為止。由於阻尼器部件70c的軸向撓曲很大，所以在活塞端部18在它接觸到阻尼器部件70c之後撞擊到端面70a之前，活塞18移動的距離也變得很大。因此，活塞18在它接觸到阻尼器部件70c之後的減速度是相當小，由此，活塞18可以平穩地停止。當阻尼器部件70c的周邊接觸到安裝孔70b的內壁時，由於阻尼器部件不能再繼續撓曲，因此阻尼器部件的剛度增加了。此刻，活塞端部18b靠在內部阻尼器70的端面70a上並完全停止。
在活塞端部18b撞擊到內部阻尼器70的端面70a上的時間內，外部移動體23與外部阻尼器80相接觸，以便吸收活塞18和外部移動體23的剩餘的動能。由於外部阻尼器80抵靠在外部移動體23上，所以當活塞停止時，施加在軛19上的彎曲力矩變得很小。而且，活塞18和外部移動體23的動能同時被內部阻尼器70和外部阻尼器80吸收，所以當外部移動體23撞擊到外部阻尼器80時產生的噪音也變得很小。
圖11中示出了外部阻尼器的另一個實施例。在此實施例中，在外部阻尼器80的端面80A上形成有第一組凸起部分80Aa和第二組凸起部分80Ab，其中，第二組凸起部分80Ab的凸出量小於第一組凸起部分80Aa的凸出量。在此實施例中，外部移動體23首先撞擊第一組凸起部分80Aa。因此，外部移動體23的動能的一部分被消耗在使第一組凸起部分80Aa產生撓曲上。外部移動體23在它使第一組凸起部分80Aa產生撓曲之後，撞擊在第二組凸起部分80Ab上。由此，外部移動體23的剩餘動能完全被第二組凸起部分80Ab的撓曲所吸收。因此，在此實施例中，實現了所謂兩級緩衝制動，其中外部移動體23的動能在兩個階段中被吸收。這使得外部移動體能夠平穩地停止，不會有回彈。因此，根據此實施例，當外部移動體在其衝程的末端停止時，其位置可以得到精確的控制。
下面將參照附圖12和13說明本實施例中的液壓缸墊圈15。
如圖12和13所示，端部部件11的插入部分14具有長圓形橫斷面，該橫斷面與中心孔3的橫斷面相一致。插入部分14具有與中心孔3配合的較大直徑部分14a和形成在插入部分14的端部上的較小直徑部分14b。在較小直徑部分14b的端面上形成有一個凹槽14c。內部阻尼器70設有與凹槽14c相適應的凸起部分，當它被連接到端部部件11上時使內部阻尼器70定位。當內部阻尼器70被連接到較小直徑部分14b的端面上時，由阻尼器70和較大直徑部分14a形成一個用於接收液壓缸墊圈15的環形槽14d，如圖12所示。槽14d的底部，即較小直徑部分14b的周邊形成一個沒有凸起部分的平面。槽的深度H以這樣一種方式選擇，即在液壓缸墊圈15和中心孔的內表面之間不會出現流體洩漏，並且在此實施例中，深度H被設置為一個相對較大的值。由於深度H被設置為一個相對較大的值，所以在此實施例中，當液壓缸墊圈被安裝在槽14d內時，它從該槽伸出的高度變為一個相當小的值。
液壓缸墊圈15也是一個長圓環形，該環形的內部直徑小於插入部分14的較小直徑部分14b的外部直徑。因此，當墊圈15被安裝到槽14上時，墊圈15不會產生變形。這使得插入部分14能夠平滑地插入中心孔3內。在液壓缸墊圈15的外部周邊上與內部密封帶25的邊緣部分25c相接觸的部分上形成有一對凸出部分44。當端部部件11被插入中心孔3時，這些凸出部分44填充由凹槽10和內部密封帶25的邊緣部分25c形成的凹坑34。液壓缸墊圈15的外部周邊在位於凸出部分44和接觸內表面25a的部分之間的部分上形成一加厚部分，在該部分，液壓缸墊圈的弦的厚度(高度)大於接觸中心孔3的內表面的液壓缸墊圈的其它部分的厚度。然而，加厚部分45的厚度小於凸出部分44處的厚度。加厚部分45和凸出部分44的厚度由這樣一種方式確定，即這些部分從墊圈槽14d伸出的量足以獲得內部密封帶25和這些部分之間的最佳接觸，以防止流體從這些部分中的洩漏。
至此，完全地防止通過凹坑34的洩漏是很困難的，在凹坑34處，液壓缸墊圈和凹槽表面及內部密封帶之間的接觸壓力變小。然而，在此實施例中，由於凸出部分44進入凹坑34並填充其整個容積，因此可以在液壓缸墊圈15和凹槽10的表面及內部密封帶之間得到一個較大的接觸壓力，該壓力可以足夠用來防止通過凹坑34的洩漏。而且，在此實施例中，加厚部分45形成在液壓缸墊圈15上，在該處，它與內部密封帶25的內表面25a相接觸。因此，液壓缸墊圈和表面25a之間的接觸壓力也很高，在該部分可以得到很好的密封能力。可以確信，液壓缸墊圈15在這些部分的壓縮變大。然而，由於液壓缸墊圈的弦的厚度在這些部分處是很大的，因此液壓缸墊圈的永久變形在這些部分仍保持為很小。因此，在這些部分可以得到穩定的密封能力。
為了在液壓缸墊圈15上形成凸出部分44和加厚部分45，在此實施例中需要一個特製的生產液壓缸墊圈15的模子。然而，即使需要一個特製的模子，該特製的模子的成本也遠低於在相關技術中使用的在端部部件的槽底部上形成凸出部分所需要的特製模子的成本。
下面將參照附圖6至9描述此實施例中的活塞密封件35。圖8和9示出了被連接到活塞端部18b上的活塞密封件35。從圖8和9中可以看出，活塞密封件35被安裝到一個形成在活塞端部18b上的環形密封槽36內。圖6和7示出了本實施例中的活塞密封件35的形狀。活塞密封件35的外部形狀是一個近似於中心孔3的橫斷面的長圓形。然而，活塞密封件35的橫斷面要大於中心孔3的橫斷面。圖7是沿圖6中的線VII-VII的剖視圖。如圖7所示，活塞密封件35由基體部分37，內緣38和外緣39組成。凹槽40形成在內緣38和外緣39之間。在密封件35上形成有一個穿過基體部分37和內緣38的中心孔。活塞端部18b插入該中心孔內以將活塞密封件36安裝在槽36內(圖8和9)。當活塞密封件35被安裝到活塞端部上時，外緣39緊壓住中心孔3的內壁和內部密封帶25的內表面25a。從圖6和7中可以看出，凸出部分41a形成在外緣39的外部周邊上的對應於由切口側內表面7的凹槽10和內部密封帶25的邊緣25c形成的凹坑34的位置處。凸出部分41a的形狀與凹坑34的形狀相一致，以便當活塞密封件35被安裝到活塞端部18b上時凸出部分41a填充凹坑34。在凸出部分41a處，基體部分37的外部周邊在外緣39的後面膨脹以增加活塞密封件35的弦的厚度(高度)。該膨脹部分41b延續到凸出部分41a。膨脹部分41b在筒2的縱向軸方向上的位置是在與凹槽40的底部A相比的活塞體18a側(圖8和9)。活塞密封件35由彈性體製成，其硬度與普通的密封件相近，比如大約HS(肖氏硬度)70。活塞密封件35的表面可以進行氯化處理以增加密封件表面的潤滑能力。另一方面，活塞密封件35的硬度可以相對較低(例如，大約HS60)以增加密封能力。在此情形下，密封件35的表面可以進行氯化處理以對由較低的硬度引起的低的耐久性進行補償。
當流體壓力施加在外緣39上時，填充凹坑34的凸出部分41a由流體壓力緊壓在凹槽10的壁面上和內部密封帶25的內表面上。在圖8中，點B表示膨脹部分41b開始接觸切口側內表面7的凹槽10的壁面和內部密封帶25的內表面25a的部分。從圖8中可以看出，在凹槽40的底部和點B之間的外緣39的部分具有大於基體部分37的其它部分的厚度的厚度(高度)。因此，位於點B和凹槽40的底部A之間的外緣39的外部周邊部分緊靠在內部密封帶25上，由於膨脹部分41b的壓縮，其間具有較高的接觸壓力。因此，內部密封帶25的邊緣部分25c被凸出部分41a和膨脹部分41b密封，而這些部分由於施加在外緣39上的流體壓力和由凸出部分41a和膨脹部分41b的壓縮產生的彈性力的作用而緊靠在內部密封帶25上。
不與活塞密封件35相接觸的內部密封帶25的部分朝向切口4撓曲變形，內部密封帶25的邊緣25c由內部密封帶25的撓曲所產生的彈性力及施加在內部密封帶25上的流體壓力的作用使其壓緊在凹槽10的壁面上。在邊緣25c和凹槽10的壁面之間的接觸防止了流體的洩漏。當活塞18在筒2內移動時，活塞密封件35產生變形以便它能夠隨內部密封帶25的撓曲變形而變形。因此，液壓缸室13由內部密封帶25和活塞密封件35密封。由於內部密封帶25是藉助於凹槽10的各壁面與邊緣25c之間的接觸來密封切口4的，因此僅將接觸邊緣25c的凹槽的表面部分加工成具有較高的精確度以降低表面的粗糙度。所以，與需要將與內部密封帶的外表面25b相接觸的切口側內表面的整個表面進行高的精加工的相關技術相比，筒2的製造很簡便。
而且，在此實施例中，當流體壓力較高時，將外緣39緊靠在中心孔3的表面和凹坑34及內部密封帶25上的力變大。因此，根據本發明的活塞密封件35，即使當流體壓力較高時，也可以得到較高的密封能力。當流體壓力較低時，將活塞密封件35緊壓向中心孔3的壁面的力也變得較低。然而，由於膨脹部分41b形成在活塞密封件35與內部密封帶25相接觸的部分上，因此膨脹部分41b被由其壓縮所產生的彈性力壓向內部密封帶25。所以即使當流體壓力很低時，也可以保持良好的密封能力。而且，由於凹槽40位於內緣38和外緣39之間，外緣39在除了膨脹部分41b之外的其它部分上可以很容易地朝向中心孔3的中心撓曲變形，將外緣39壓向中心孔3的壁面的力小於將膨脹部分41b和凸出部分41a壓向密封帶的力，活塞端部18b和中心孔壁面之間的摩擦整體變得相對較低。這就可使活塞18移動能夠平滑地進行。
圖14至16示出了筒2的中心孔3的橫斷面形狀的另一個實施例。從圖14至16中可看出，只要切口側內表面7是平面或具有較小曲率的曲面並且在切口4的兩端的凹槽10的表面有大於切口側內表面7的曲率的曲率，除了切口側內表面7之外的表面可以是任意形狀的。而且，如圖17所示，凹槽10的表面不必是一曲面。在圖17中，凹槽10的表面是相對於切口側內表面7具有一較小傾斜度的平面。在此情形下，內部密封帶25的內表面25a也與切口側內表面7貼合齊平，且與內部密封帶25的外表面25b之間的距離L，即內部密封帶25的撓曲變形量被設置為一個最佳值。
圖18示出了活塞密封件35的另一個實施例。在此實施例中，在部分39b處的外緣39的外徑L2大於在部分39a處的外緣的外徑L1，其中部分39b與相對切口側內表面8相接觸；而部分39a處與切口側內表面7相接觸。通過這種布置方式，即使將外緣的部分39b緊壓在相對切口側內表面8上的力由於筒2的製造公差變得很小，在部分39b和相反切口側內表面8之間也可以保持較高的密封能力。
圖19和20示出了液壓缸墊圈15的另一個實施例。此實施例中的液壓缸墊圈是一個長圓的環形。與切口側內表面7的凹坑34相對應的液壓缸墊圈15的外部周邊部分形成一個凸出部分44，並且在凸出部分44之間的部分是一個厚度部分45。在此實施例中，在加厚部分45處的墊圈15的弦的兩端上形成有槽47。由於槽47形成在墊圈15的弦上，因此通過將槽的尺寸設置成適當值，就可以調節把厚度部分45擠壓向內部密封帶25的力。由於形成槽47，墊圈15的弦直徑可以增加以便降低由其壓縮所引起的墊圈15的永久變形，同時能將加厚部分45和內部密封帶25之間的接觸壓力保持在一個適當的值。
當設有槽47時，可以省略凸出部分44。在此情形下，由於槽47形成在與內部密封帶25的內表面25a相接觸的加厚部分45的弦的兩側上，在槽47的兩端處的加厚部分45的部分，即與凹坑34相對應的加厚部分45的部分，由彈性力將其緊壓在內部密封帶25的邊緣25c上，該彈性力高於施加在加厚部分45上的具有槽47的部分上的彈性力。因此，凹坑34被液壓缸墊圈15的加厚部分45的兩端充滿，而加厚部分45的中部很容易隨密封帶25的撓曲而變形。因此，在此情形下，可以得到良好的密封能力，而無需在液壓缸墊圈15上做出凸出部分44。
權利要求
1.一種無杆動力液壓缸，包括具有中心孔的筒，其上有貫穿該筒的壁面並在平行於該筒的縱軸的方向上延伸的切口，所述中心孔具有非圓形橫斷面並包括切口側內表面和相對切口側內表面，所述切口形成在所述切口側內表面上，所述相對切口側內表面與所述切口側內表面相對；活塞，該活塞具有非圓形橫斷面並設置在所述筒的中心孔內，並且可在其內沿所述筒的縱軸方向移動，在所述活塞其兩端裝有活塞密封件；外部移動體，該外部移動體設置在所述筒的外部並通過所述切口與所述活塞連接，以使該外部移動體沿所述切口與活塞一起移動；內部密封帶，該內部密封帶沿所述切口延伸並從所述中心孔的內部覆蓋所述切口；其特徵為，位於垂直於所述筒的縱軸的平面上的所述中心孔的切口側內表面的曲率大體為零，位於所述切口的兩端的所述切口側內表面的部分上構成凹槽，用於與所述內部密封帶的橫向邊緣相接觸，其中位於所述切口的兩端的所述凹槽的內表面的曲率大於所述切口側內表面的曲率。
2.如權利要求1所述的一種無杆動力液壓缸，其特徵在於，所述凹槽的深度和所述內部密封帶的寬度根據以下方式來確定，即在所述內部密封帶不產生撓曲變形的情況下，當所述內部密封帶的邊緣與所述凹槽的表面相接觸時，所述內部密封帶的內表面與所述切口側內表面貼合齊平。
3.如權利要求1所述的一種無杆動力液壓缸，其特徵在於，所述活塞密封件為環形，並具有用於與所述中心孔的內表面相接觸的外緣，在所述外緣的後面面對所述內部密封帶的位置處形成膨脹部分，以增加所述外緣的厚度。
4.如權利要求3所述的一種無杆動力液壓缸，其特徵在於，在所述活塞密封件的外緣的外部周邊上在面對所述內部密封帶的橫向邊緣的部分上形成有凸出部分，所述凸出部分的形狀要使得所述凸出部分能夠填充由所述凹槽的表面和所述內部密封帶的邊緣形成的凹坑。
5.如權利要求4所述的一種無杆動力液壓缸，其特徵在於，所述活塞密封件的外緣的所述膨脹部分和所述凸出部分彼此連續地形成。
6.如權利要求3所述的一種無杆動力液壓缸，其特徵在於，所述外緣在其與所述相對切口側內表面相接觸的部分處的外徑大於所述外緣在其與所述切口側內表面相接觸的部分處的外徑。
7.如權利要求1所述的一種無杆動力液壓缸，其特徵在於，所述筒的兩端由端部部件封閉，其中，內部彈性體阻尼器設置在所述活塞的端部和所述端部部件之間以在所述活塞的衝程的末端接收所述活塞的端部，而且，外部彈性體阻尼器設置在所述外部移動體和所述端部部件之間以在所述外部移動體的衝程的末端接收所述外部移動體。
8.如權利要求7所述的一種無杆動力液壓缸，其特徵在於，至少所述內部阻尼器和所述外部阻尼器中的一個具有凸起部分，該凸起部分抵靠在相應的移動物體上以吸收其動能，並且所述凸起部分和兩個阻尼器的布置方式為在所述一個阻尼器的所述凸起部分抵靠住其相應的移動物體上之後，另一個阻尼器抵靠在其相應的移動物體上。
9.如權利要求8所述的一種無杆動力液壓缸，其特徵在於，具有不同的凸出量的多個凸起部分設在所述內部阻尼器和所述外部阻尼器中的至少一個上。
10.如權利要求8所述的一種無杆動力液壓缸，其特徵在於，所述至少一個阻尼器的所述凸起部分由凸起部件形成，該凸起部件由彈性材料製成，並被插入形成在所述端部部件上的安裝孔內，其中所述安裝孔的尺寸大於所述凸起部件的橫斷面尺寸，以便當所述凸起部件吸收相應的所述移動體的動能時，允許所述凸起部件在其橫向方向上膨脹。
11.如權利要求7所述的一種無杆動力液壓缸，其特徵在於，所述端部部件具有從所述端部部件伸出的插入部分，當所述端部部件被安裝到所述筒的端部時，該插入部分被插入所述中心孔內，液壓缸墊圈設置在所述插入部分的周邊上，並且所述內部阻尼器以這樣的方式被連接到所述插入部分上，即所述內部阻尼器將所述液壓缸墊圈保持在所述端部部件和所述內部阻尼器之間。
12.如權利要求1所述的一種無杆動力液壓缸，其特徵在於，當所述端部部件被安裝到所述筒的端部時，所述筒的兩端由具有插入所述中心孔的插入部分的所述端部部件所封閉，並且環形的液壓缸墊圈設置在所述插入部分的周邊，其中在與所述內部密封帶相接觸的部分上，所述液壓缸墊圈的橫斷面增大。
13.如權利要求12所述的一種無杆動力液壓缸，其特徵在於，在所述液壓缸墊圈的外緣的外部周邊在面對所述內部密封帶的橫向邊緣的部分上形成有凸出部分，並且所述凸出部分的形狀要使得所述凸出部分填充由所述凹槽的表面和所述內部密封帶的邊緣形成的凹坑，在所述凸出部分和面對所述內部密封帶之間的所述液壓缸墊圈的部分的橫斷面小於所述凸出部分的橫斷面而大於所述液壓缸墊圈的其它部分的橫斷面。
14.如權利要求13所述的一種無杆動力液壓缸，其特徵在於，所述筒的中心孔具有長圓形橫斷面，並且所述液壓缸墊圈的斷面具有與所述中心孔的橫斷面相一致的長圓形狀。
15.如權利要求12所述的一種無杆動力液壓缸，其特徵在於，在與所述內部密封帶相接觸的部分上，所述液壓缸墊圈的弦的側面在其外部和內部周邊之間形成凹槽。
全文摘要
一種無杆動力液壓缸,包括具有橫斷面為長圓形的中心孔的筒和貫穿該筒的壁面並沿該中心孔的縱軸延伸的切口。上述中心孔包括切口側內表面和相對切口側內表面,該切口形成在切口側內表面上,相對切口側內表面與切口側內表面相對。中心孔的切口側內表面是平面或其曲率大體為零的曲面。而且,在切口的兩端的切口側內表面上形成有凹槽。凹槽的表面是曲面,其曲率大於切口側內表面的曲率。由平而薄的金屬帶製成的內部密封帶被用來密封切口開口。該密封帶在其橫向邊緣與凹槽的表面相接觸。因此,由凹槽的表面和密封帶的邊緣之間的接觸可以得到良好的密封能力。
文檔編號F02B71/00GK1203331SQ98109799
公開日1998年12月30日 申請日期1998年6月11日 優先權日1997年6月11日
發明者野田光雄, 米澤剛 申請人:豐和工業株式會社