本發(fā)明涉及氣缸領(lǐng)域，具體為一種氣浮式活塞及其雙作用氣浮式氣缸。

背景技術(shù)：

1、普通的氣缸通常使用接觸式密封，在活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)存在較大的摩擦阻力。氣浮式氣缸，使用氣浮活塞、氣體軸承作為氣密封裝置，氣缸運(yùn)動(dòng)部件與固定部件不產(chǎn)生接觸式摩擦，可以減少活塞運(yùn)動(dòng)中的摩擦力，可支持活塞的自由且快速運(yùn)動(dòng)。

2、活塞位于氣缸內(nèi)，通常在一端高壓、一端低壓的環(huán)境下工作，利用活塞兩側(cè)的氣壓差，提供氣缸的輸出推拉力。氣浮活塞利用氣缸高壓腔內(nèi)的高壓氣體，通過(guò)截流孔，在活塞面與氣缸壁間形成高壓氣膜，氣膜中氣體最終流入兩端低壓區(qū)域。氣浮面的高壓氣膜具有高剛度特性，在氣浮活塞向一側(cè)偏移時(shí)，提供較大的反向于活塞偏移的力，保持氣浮活塞在氣缸壁內(nèi)的中心位置，避免活塞偏向一側(cè)造成活塞與氣缸的接觸式摩擦。其他氣浮機(jī)構(gòu)（例如平面氣浮軸承）通常工作在兩端低壓的狀態(tài)下，高壓氣體通過(guò)截流孔，流入兩端的低壓環(huán)境大氣中，氣體可以正常流動(dòng)，在氣浮面上形成穩(wěn)定的高壓氣膜。保證氣浮活塞動(dòng)平衡的必要條件是氣浮活塞經(jīng)過(guò)截流孔的高壓氣體流暢地排入氣浮兩側(cè)低壓區(qū)域。當(dāng)氣浮面一端為高壓區(qū)、一端為低壓區(qū)時(shí)，截流孔內(nèi)的高壓氣體不再流入活塞兩端，氣浮面的氣體由高壓區(qū)一側(cè)流向另一側(cè)的低壓區(qū)，氣浮面難以提供充足的力抵抗活塞側(cè)向偏移，造成氣浮活塞在氣缸中的動(dòng)平衡失效，使得氣浮活塞側(cè)向承載能力減弱。

3、對(duì)于單作用的氣浮式氣缸，氣浮活塞的一側(cè)固定為高壓區(qū)，另一側(cè)固定為常壓區(qū)，兩個(gè)區(qū)域氣體不會(huì)進(jìn)行高低壓切換，氣浮活塞設(shè)計(jì)僅需考慮氣膜在高壓一側(cè)排氣。單作用氣缸的氣浮活塞，在氣浮面靠近高壓區(qū)域一側(cè)設(shè)置常壓槽，常壓槽與常壓區(qū)域通過(guò)管路直接相連。常壓槽一側(cè)與高壓區(qū)域利用氣浮活塞與氣缸壁之間的微縫，進(jìn)行無(wú)摩擦密封，一側(cè)與氣浮面相連。氣浮面的氣體可向兩側(cè)正常排出氣體，將氣體排入常壓腔與常壓槽內(nèi)，保證氣浮面的穩(wěn)定形成。

4、單作用氣缸的氣浮活塞，活塞常壓槽與常壓腔直接相連、高壓截流孔與高壓腔相連。用于雙作用氣缸，兩側(cè)高壓腔與常壓腔需要切換時(shí)，單作用氣缸的氣浮面失效，無(wú)法提供穩(wěn)定活塞的作用。

5、當(dāng)現(xiàn)有的氣浮式氣缸在運(yùn)動(dòng)中，活塞外壁必須始終保持與氣缸壁保持平行。當(dāng)活塞的中心軸與氣缸壁的中心軸產(chǎn)生微小夾角時(shí)，氣膜內(nèi)氣體會(huì)向一側(cè)泄漏，改變氣膜結(jié)構(gòu)，減少氣浮面的承載能力，產(chǎn)生活塞與氣缸壁接觸摩擦的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明基于氣浮式氣缸，為解決雙作用氣浮式氣缸的氣浮活塞在可切換一端高壓、一端低壓狀態(tài)下穩(wěn)定工作的需求，并提高活塞抗側(cè)向力、保證活塞面穩(wěn)定，提出了一種氣浮式活塞及其雙作用氣浮式氣缸。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種氣浮式活塞，所述活塞的外壁具有均壓部，所述均壓部上下間隔開(kāi)設(shè)若干一區(qū)均壓槽和二區(qū)均壓槽，活塞的上端開(kāi)設(shè)一區(qū)氣孔，所述一區(qū)氣孔與所有一區(qū)均壓槽連通，活塞的下端開(kāi)設(shè)二區(qū)氣孔，所述二區(qū)氣孔與所有二區(qū)均壓槽連通，活塞的外壁上還設(shè)置一區(qū)常壓槽和二區(qū)常壓槽，所述一區(qū)常壓槽位于均壓部的下端，其與一區(qū)氣孔連通，所述二區(qū)常壓槽位于均壓部的上端，其與二區(qū)氣孔連通，所述一區(qū)常壓槽和二區(qū)常壓槽的縱截面面積均大于一區(qū)均壓槽的縱截面面積，一區(qū)常壓槽和二區(qū)常壓槽的縱截面面積也均大于二區(qū)均壓槽的縱截面面積。

4、進(jìn)一步地，所述活塞上開(kāi)設(shè)用以連通一區(qū)氣孔與一區(qū)均壓槽的一區(qū)均壓槽連接氣孔以及用以連通二區(qū)氣孔與二區(qū)均壓槽的二區(qū)均壓槽連接氣孔。

5、進(jìn)一步地，所述活塞上開(kāi)設(shè)用以連通一區(qū)氣孔與一區(qū)常壓槽的一區(qū)常壓槽連接氣孔以及用以連通二區(qū)氣孔與二區(qū)常壓槽的二區(qū)常壓槽連接氣孔。

6、進(jìn)一步地，所述活塞上開(kāi)設(shè)用以連通一區(qū)氣孔與一區(qū)均壓槽的一區(qū)均壓槽連接氣孔以及用以連通二區(qū)氣孔與二區(qū)均壓槽的二區(qū)均壓槽連接氣孔；所述活塞上開(kāi)設(shè)用以連通一區(qū)氣孔與一區(qū)常壓槽的一區(qū)常壓槽連接氣孔以及用以連通二區(qū)氣孔與二區(qū)常壓槽的二區(qū)常壓槽連接氣孔；所述一區(qū)常壓槽連接氣孔和二區(qū)常壓槽連接氣孔的孔徑均大于一區(qū)均壓槽連接氣孔的孔徑，一區(qū)常壓槽連接氣孔和二區(qū)常壓槽連接氣孔的孔徑也均大于二區(qū)均壓槽連接氣孔的孔徑。

7、進(jìn)一步地，所述一區(qū)均壓槽和二區(qū)均壓槽交錯(cuò)設(shè)置。

8、進(jìn)一步地，所述一區(qū)均壓槽和/或二區(qū)均壓槽為環(huán)形槽結(jié)構(gòu)。

9、進(jìn)一步地，所述活塞的上端環(huán)布若干一區(qū)氣孔。

10、進(jìn)一步地，所述活塞的下端環(huán)布若干二區(qū)氣孔。

11、本發(fā)明還提供一種雙作用氣浮式氣缸，包括缸體組件、活塞桿及如上所述的活塞，所述活塞上下氣浮滑動(dòng)配合于缸體組件中，活塞與缸體組件的內(nèi)壁存有間隙，所述活塞桿插接于活塞中，活塞將缸體組件的內(nèi)腔上下分隔為氣缸氣腔區(qū)域一和氣缸氣腔區(qū)域二。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

13、1）本發(fā)明解決雙作用氣浮式氣缸的活塞問(wèn)題，在氣浮式無(wú)摩擦氣缸中，可以對(duì)氣缸兩個(gè)區(qū)域的氣壓進(jìn)行切換，在切換中，無(wú)需手動(dòng)調(diào)節(jié)氣缸結(jié)構(gòu)或空氣結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化操作步驟，延長(zhǎng)氣缸活塞壽命；

14、2）在活塞受到側(cè)向力作用時(shí)，氣浮面可以維持氣缸活塞的動(dòng)平衡，避免氣缸活塞與氣缸壁產(chǎn)生摩擦，多組氣浮面的結(jié)構(gòu)，保證在一組氣浮面失效的情況下仍然保持活塞平衡，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性；

15、3）活塞側(cè)面形成多組氣浮面，當(dāng)氣浮活塞中心軸與氣缸壁中心軸產(chǎn)生夾角時(shí)，上下端氣浮面向相對(duì)方向發(fā)生側(cè)向位移，產(chǎn)生與夾角方向相反的扭矩，平衡氣浮活塞的位置狀態(tài)，解決氣浮面承載能力減弱的問(wèn)題。

技術(shù)特征：

1.一種氣浮式活塞，其特征在于，所述活塞（1）的外壁具有均壓部，所述均壓部上下間隔開(kāi)設(shè)若干一區(qū)均壓槽和二區(qū)均壓槽，活塞（1）的上端開(kāi)設(shè)一區(qū)氣孔（1405），所述一區(qū)氣孔（1405）與所有一區(qū)均壓槽連通，活塞（1）的下端開(kāi)設(shè)二區(qū)氣孔（1505），所述二區(qū)氣孔（1505）與所有二區(qū)均壓槽連通，活塞（1）的外壁上還設(shè)置一區(qū)常壓槽（1404）和二區(qū)常壓槽（1504），所述一區(qū)常壓槽（1404）位于均壓部的下端，其與一區(qū)氣孔（1405）連通，所述二區(qū)常壓槽（1504）位于均壓部的上端，其與二區(qū)氣孔（1505）連通，所述一區(qū)常壓槽（1404）和二區(qū)常壓槽（1504）的縱截面面積均大于一區(qū)均壓槽的縱截面面積，一區(qū)常壓槽（1404）和二區(qū)常壓槽（1504）的縱截面面積也均大于二區(qū)均壓槽的縱截面面積。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣浮式活塞，其特征在于，所述活塞（1）上開(kāi)設(shè)用以連通一區(qū)氣孔（1405）與一區(qū)均壓槽的一區(qū)均壓槽連接氣孔（1406）以及用以連通二區(qū)氣孔（1505）與二區(qū)均壓槽的二區(qū)均壓槽連接氣孔（1506）。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣浮式活塞，其特征在于，所述活塞（1）上開(kāi)設(shè)用以連通一區(qū)氣孔（1405）與一區(qū)常壓槽（1404）的一區(qū)常壓槽連接氣孔（1407）以及用以連通二區(qū)氣孔（1505）與二區(qū)常壓槽（1504）的二區(qū)常壓槽連接氣孔（1507）。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣浮式活塞，其特征在于，所述活塞（1）上開(kāi)設(shè)用以連通一區(qū)氣孔（1405）與一區(qū)均壓槽的一區(qū)均壓槽連接氣孔（1406）以及用以連通二區(qū)氣孔（1505）與二區(qū)均壓槽的二區(qū)均壓槽連接氣孔（1506）；所述活塞（1）上開(kāi)設(shè)用以連通一區(qū)氣孔（1405）與一區(qū)常壓槽（1404）的一區(qū)常壓槽連接氣孔（1407）以及用以連通二區(qū)氣孔（1505）與二區(qū)常壓槽（1504）的二區(qū)常壓槽連接氣孔（1507）；所述一區(qū)常壓槽連接氣孔（1407）和二區(qū)常壓槽連接氣孔（1507）的孔徑均大于一區(qū)均壓槽連接氣孔（1406）的孔徑，一區(qū)常壓槽連接氣孔（1407）和二區(qū)常壓槽連接氣孔（1507）的孔徑也均大于二區(qū)均壓槽連接氣孔（1506）的孔徑。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣浮式活塞，其特征在于，所述一區(qū)均壓槽和二區(qū)均壓槽交錯(cuò)設(shè)置。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣浮式活塞，其特征在于，所述一區(qū)均壓槽和/或二區(qū)均壓槽為環(huán)形槽結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣浮式活塞，其特征在于，所述活塞（1）的上端環(huán)布若干一區(qū)氣孔（1405）。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣浮式活塞，其特征在于，所述活塞（1）的下端環(huán)布若干二區(qū)氣孔（1505）。

9.一種雙作用氣浮式氣缸，其特征在于，包括缸體組件、活塞桿（3）及如權(quán)利要求1-8中任一所述的活塞（1），所述活塞（1）上下氣浮滑動(dòng)配合于缸體組件中，活塞（1）與缸體組件的內(nèi)壁存有間隙，所述活塞桿（3）插接于活塞（1）中，活塞（1）將缸體組件的內(nèi)腔上下分隔為氣缸氣腔區(qū)域一（1301）和氣缸氣腔區(qū)域二（1302）。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于氣缸領(lǐng)域，公開(kāi)了一種氣浮式活塞及其雙作用氣浮式氣缸，活塞的外壁具有均壓部，均壓部上下間隔開(kāi)設(shè)若干一區(qū)均壓槽和二區(qū)均壓槽，活塞的上端開(kāi)設(shè)一區(qū)氣孔，一區(qū)氣孔與所有一區(qū)均壓槽連通，活塞的下端開(kāi)設(shè)二區(qū)氣孔，二區(qū)氣孔與所有二區(qū)均壓槽連通，活塞的外壁上還設(shè)置一區(qū)常壓槽和二區(qū)常壓槽，一區(qū)常壓槽位于均壓部的下端，其與一區(qū)氣孔連通，二區(qū)常壓槽位于均壓部的上端，其與二區(qū)氣孔連通。本發(fā)明解決雙作用氣浮式氣缸的活塞問(wèn)題，在氣浮式無(wú)摩擦氣缸中，可以對(duì)氣缸兩個(gè)區(qū)域的氣壓進(jìn)行切換，在切換中，無(wú)需手動(dòng)調(diào)節(jié)氣缸結(jié)構(gòu)或空氣結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化操作步驟，延長(zhǎng)氣缸活塞壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：單曉杭,洪靖,單哲承,溫嘉辰,沈季勝,張利,葉必卿,李研彪,常洪振,韓麗,蘇華昌,付瑋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10