一种可调气膜间隙的无摩擦气缸的制作方法

1.本实用新型涉及直线驱动机构领域，具体而言，涉及一种可调气膜间隙的无摩擦气缸。


背景技术：

2.普通气缸一般使用机械密封，气缸内壁与活塞以及有杆端端盖与活塞杆之间存在摩擦力，为减小摩擦力，常用方法的实在接触位置添加润滑油和使用低摩擦材料制造等。以上方法仅仅减小了对活塞运动的摩擦阻力，但摩擦力仍未有效消除。
3.在现有技术中，出现了膜片式低摩擦气缸和采用空气轴承和间隙密封的无摩擦气缸，前者采用橡胶隔膜做执行器，工作过程中无泄漏，摩擦阻力较小，但因为膜片的限制，气缸的工作行程和寿命都有局限性；后者使得活塞在运动中的摩擦力几乎可以忽略，此种新型气缸在低速以及高速高频运动的应用中都有突破，但存在加工困难且其气膜间隙不可调，使用场景容易受限。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种可调气膜间隙的无摩擦气缸，该无摩擦气缸可通过对于活塞组件部分接触的端盖进行分体式设计，组成该端盖的每个单体部分之间间隙可微调，从而在相对容易加工的前提下实现支撑气膜便捷调整的目的。
5.本实用新型的实施例是这样实现的：一种可调气膜间隙的无摩擦气缸，包括气缸筒以及分别设置在气缸筒两端的第一端盖和第二端盖；气缸筒内具有工作腔，工作腔内设置有包括活塞与活塞杆组成的活塞组件，第一端盖加工有与工作腔连通的第一气孔，第二端盖包括多块相互拼接的端盖块，多个相互拼接的端盖块之间形成可供活塞和/或活塞杆穿过的通隙，每块端盖块均与气缸筒连接，且相邻端盖块之间设置有第二距离调节组件，以实现通隙的口径大小的调节；至少一块端盖块靠近通隙的一侧加工有第二气膜面，通过对第二气膜面内进行通气，可对穿过通隙的活塞和/或活塞杆部分形成气膜支撑。
6.进一步地，第二距离调节组件为微调螺栓，通过旋转微调螺栓，能够实现相邻端盖块之间的间距调节。
7.进一步地，端盖块的数量为四块，四块端盖块之间形成端面呈矩形的通隙。
8.进一步地，每块端盖块上均设置第二气膜面，且每块端盖块上均加工有与其第二气膜面相通的第二进气孔和第二出气孔；至少一块端盖块上加工有与工作腔连通的第二气孔。
9.进一步地，气缸筒包括多块相互拼接的侧板，多个相互拼接的侧板之间形成工作腔，侧板的数量与端盖块的数量相同，且每块侧板与对应单块端盖块连接，第一端盖与至少一块侧板连接；相邻侧板之间设置有第一距离调节组件，以实现工作腔的口径大小的调节；至少一块侧板靠近工作腔的一侧加工有第一气膜面，通过对第一气膜面内进行通气，可对活塞组件形成气膜支撑。
10.进一步地，第一距离调节组件为微调螺栓，通过旋转微调螺栓，能够实现相邻侧板之间的间距调节。
11.进一步地，每块侧板上均设置第一气膜面，且每块侧板上均加工有与其第一气膜面相通的第一进气孔和第一出气孔。
12.进一步地，活塞包括中空的扩径段与中空的缩径段，扩径段位于工作腔内，缩径段位于通隙内；扩径段内设置有转接板，活塞杆可活动地设置于缩径段内，活塞杆一端穿出缩径段，另一端与转接板之间连接有浮动接头。
13.进一步地，扩径段的外壁上加工有排气槽，排气槽的槽向沿扩径段的周向布置。
14.进一步地，排气槽有多道，相邻排气槽之间的扩径段棱沿处均加工有切角。
15.本实用新型实施例的有益效果是：
16.本实用新型实施例提供的无摩擦气缸通过将气缸筒与活塞组件相互配合一端的第二端盖采用空气轴承的形式，能够对穿过的活塞组件部分形成气膜支撑，并且该第二端盖采用相对容易生产加工的分体式设计，能够在其相邻单个端盖块之间实现微距调整，从而实现对其整体的通隙进行口径大小的调节，最终实现与活塞组件之间间隙的调节，即气膜的厚度，以达到不同的气膜刚性支撑效果，最终扩大其使用场景范围。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1为本实用新型实施例提供的无摩擦气缸的带剖视的结构示意图；
19.图2为本实用新型实施例提供的端盖块的结构示意图；
20.图3为本实用新型实施例提供的第二端盖的结构示意图；
21.图4为本实用新型实施例提供的侧板的结构示意图；
22.图5为本实用新型实施例提供的气缸筒的结构示意图；
23.图6为本实用新型实施例提供的第一端盖的结构示意图；
24.图7为本实用新型实施例提供的活塞的结构示意图；
25.图8为本实用新型实施例提供的第二端盖的气路示意图；
26.图9为本实用新型实施例提供的气缸筒的气路示意图；
27.图10为本实用新型实施例提供的无摩擦气缸的气体泄漏的气路示意图。
28.图标：1
‑
气缸筒；2
‑
第一端盖；3
‑
第二端盖；4
‑
活塞；5
‑
转接板；6
‑
浮动接头；7
‑
活塞杆；11
‑
工作腔；12
‑
侧板；13
‑
第一气膜面；14
‑
第一进气孔；15
‑
第一出气孔；21
‑
第一气孔；31
‑
端盖块；32
‑
通隙；33
‑
第二气膜面；34
‑
第二进气孔；35
‑
第二出气孔；36
‑
第二气孔；41
‑
扩径段；42
‑
缩径段；43
‑
排气槽；44
‑
切角；131
‑
节流孔；132
‑
排气槽；331
‑
节流孔；332
‑
排气槽。
具体实施方式
29.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描
述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
32.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语
″
第一
″
、
″
第二
″
、
″
第三
″
等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.此外，术语
″
平行
″
、
″
垂直
″
等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如
″
平行
″
仅仅是指其方向相对
″
垂直
″
而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。
34.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.实施例
36.请参阅图1～图3，本实施例提供的一种可调气膜间隙的无摩擦气缸包括气缸筒1以及分别设置在气缸筒1两端的第一端盖2和第二端盖3，所述气缸筒1内具有工作腔11，即表示该气缸筒1的内腔整体可以是工作腔11，或者气缸筒1的内腔部分作为工作腔11。该工作腔11内设置有包括活塞4与活塞杆7组成的活塞组件，即表示该工作腔11内用于安装或装配活塞组件，以达到构成气缸主体的目的。需要说明的是，该活塞组件可以是活塞4与活塞杆7均可伸出所述工作腔11的形式，也可以是其中一者如活塞杆伸出该工作腔11的形式。
37.所述第一端盖2加工有与工作腔11连通的第一气孔21，第一气孔21可作进出气作用，从而可经第一气孔21输入气体来驱使所述活塞组件的活塞4和/或活塞杆7运动，此处一般指驱动活塞4运动，依靠活塞4带动活塞杆7运动，但不排除其余仅驱动活塞杆7运动的形式。活塞组件朝向第二端盖3移动，实现传统的活塞运动，但为了达到活塞组件与第二端盖3之间实现气膜支撑的目的，以及气膜间隙可调的目的，所述第二端盖3包括多块相互拼接的端盖块31，多个相互拼接的端盖块31之间形成可供活塞4和/或活塞杆7穿过的通隙32，即表示该通隙32可通过活塞4与活塞杆7中至少一者穿过，此设计的目的是为了适应气缸中仅活塞4或活塞杆7运动的方式以及活塞4和活塞杆7运动的方式，可以看出，依据该技术方案的实用新型点可以适用于不同类型的气缸形式，凡在该实用新型要点的目的与原则的精神范围下，一切无创造性劳动的等同替换均应当属于本技术对应实用新型点的保护范围内。
38.多块端盖块31拼接为的第二端盖3整体呈筒型结构，其内孔即通隙32与工作腔11相互连通，可以是同轴连通，也可以是偏心连通，仅需要满足活塞组件能够从工作腔11朝通隙32处移动即可。其中，每块端盖块31均与气缸筒1连接，连接的方式可以是螺接、卡接、铆接、扣接等可拆卸连接，且连接处采用密封处理或气密性处理。相邻端盖块31之间设置有第
二距离调节组件，以实现通隙32的口径大小的调节，即表示相邻的端盖块31不仅通过第二距离调节组件相互连接在一起，而且第二距离调节组件自身可以实现长度调节或者通过改变自身与对应端盖块31之间的间隔来实现相邻端盖块31间的间距调整，使得通隙32的横截面面积增大或减小，实现其口径大小调节的目的。需要说明的是，第二距离调节组件可以是电力驱动、液动或者气动的伸缩杆，也可以是常规的高精度紧固件，如螺栓、顶丝、螺柱、连接销等等，此处采用微调螺栓(高加工精度的螺栓，实现微米级的旋调)，可达到连接稳固且轻松调节的目的。
39.至少一块端盖块31靠近通隙32的一侧加工有第二气膜面33，通过对第二气膜面33内进行通气或充气，可对穿过通隙32的活塞4和/或活塞杆7部分形成气膜支撑，即表示穿过的是活塞4或活塞杆7，仅对穿过者进行气膜支撑，如果两者同步穿过，则对能够与气膜直接接触的一者或两者进行气膜支撑，从而使整个第二端盖3达到空气轴承的目的。通过以上设计，尤其是第二端盖3分体式设计，与传统的空气轴承无摩擦气缸相比，该第二端盖3的气膜间隙可调，并且围合成的整个第二端盖3筒型结构，不仅降低了该第二端盖3本身的加工精度(因高气密性要求低的高加工精度)，而且气膜间隙可随使用场景的变化进行调整，避免了传统无摩擦气缸使用局限的问题。
40.对于第二端盖3的筒型结构来说，它可以是圆筒、方形筒或其他多边形柱状筒，为了符合目前的使用观念，可将其构造为方形筒的结构形式，即在本实施例中，所述端盖块31的数量为四块，四块端盖块31之间形成端面呈矩形的通隙32。当然，为了使用其余场景的使用需要，在另一些实施例中，该端盖块31的数量也可随之变化，甚至通过更多块组合实现更复杂组合结构的形式。需要说明的是，不论端盖块31数量为多少，对于其拼接后的状态来讲，至少一块端盖块31靠近通隙32并与通隙32相接处的侧壁部分加工第二气膜面33，从而实现气膜支撑的作用。
41.考虑到进一步提升气膜支撑的效果，每块端盖块31上均设置第二气膜面33，使得所有第二气膜面33能够绕通隙32环绕一周，并对相应活塞组件的部分进行四周的气膜支撑，即可达到更加充分的支撑效果，实现更接近于零摩擦的相对运动目的。每块端盖块31上均加工有与其第二气膜面33相通的第二进气孔34和第二出气孔35。当然，此处的第二进气孔34和第二出气孔35的形式不限，可以是通孔的形式，也可以是通槽的形式，还可以是通腔的形式。其数量包括但不限于一个或一组，皆以达到顺利进气与出气的目的即可，此外，也可以在进气至出气的过程中增加节流组件，达到控制气流的输出量的目的。通过以上设计，围合成的整个气缸筒1的筒型结构，不仅降低了该气缸筒1本身的装配及加工精度，而且气膜间隙可随使用场景的变化进行调整，同样避免了传统无摩擦气缸使用局限的问题。
42.在本实施例中，第二气膜面33采用平整狭缝的形式，能够对活塞组件部分形成较好的平整气膜支撑，具体地，端盖块31靠近通隙32的一侧设置有多个节流孔331，多个节流孔331由一加工至同侧侧壁的排气槽332包围起来，排气槽332内沉降一定距离以形成所述第二气膜面33，排气槽332至少一端贯通端盖块31的侧壁以形成所述第二出气孔35或者排气槽332本身或局部即可形成所述第二出气孔35，以达到通过排气槽332排出气体的目的即可。在端盖块31远离通隙32的一侧设置所述第二进气孔34，第二进气孔34与所有的节流孔331相互连通，当然，可以是一个第二进气孔34对应多个节流孔331的形式，中间通过中转腔连通，也可以是多个第二进气孔34单独对应每个节流孔331的形式。对应的气路流向图如图
8所示，由第二进气孔34经节流孔331进入第二气膜面33形成气膜支撑，最后由排气槽332排出。
43.考虑到活塞4在气缸筒1内运动也会产生一定摩擦力，为了实现对活塞4进行充分气膜支撑，使得活塞组件的运动更趋近于零摩擦或无摩擦的形式，请参阅图4和图5，所述气缸筒1包括多块相互拼接的侧板12，多个相互拼接的侧板12之间形成工作腔11，多块侧板12拼接为的气缸筒1为筒型结构，此筒型结构的形式可与第二端盖3的筒型结构形式可以相同，也可以不同，只需要达到工作腔11与通隙32相互连通且连接处密封处理的目的即可。本实施例中，所述侧板12的数量与端盖块31的数量相同，即都是四块，且每块侧板12与对应单块端盖块31连接，连接的方式包括但不限于螺接、卡接、铆接、扣接等可拆卸连接，连接处作密封处理来保证气密性即可。所述第一端盖2与至少一块侧板12连接，来达到能够使第一气孔21直接连通工作腔11的目的，请参阅图6，第一端盖2与筒型结构的气缸筒1对应端口可拆卸连接，可拆卸连接的如上描述，不限定具体形式，其第一端盖2的四周与所有侧板12的一端连接，其中部凸起形成台阶来实现定位，第一气孔21位于其中部。
44.同样地，将气缸筒1设计为空气轴承的形式，能够对活塞4进行符合使用要求的无摩擦的气膜支撑，至少一块侧板12靠近工作腔11的一侧加工有第一气膜面13，通过对第一气膜面13内进行通气，可对活塞组件尤其是活塞4部分(如有直接接触活塞杆的部分也可对活塞杆进行气膜支撑)形成气膜支撑。同样地，为了进一步提升气膜支撑的效果，每块侧板12上均设置第一气膜面13，使得所有第一气膜面13能够绕工作腔11环绕一周，并对尤其是活塞4部分进行四周的气膜支撑，即可达到更加充分的支撑效果。每块端侧板12上均加工有与其第一气膜面13相通的第一进气孔14和第一出气孔15。当然，此处的第一进气孔14和第一出气孔15的形式不限，可以是通孔的形式，也可以是通槽的形式，还可以是通腔的形式，其数量包括但不限于一个或一组。
45.在本实施例中，第一气膜面13采用平整狭缝的形式，能够对活塞4形成较好的平整气膜支撑，具体地，侧板12靠近工作腔11的一侧设置有多个节流孔131，多个节流孔131由一加工至同侧侧壁的排气槽132包围起来，排气槽132内沉降一定距离以形成所述第一气膜面13。第一出气孔15位于侧板12远离工作腔11的一侧侧壁上，且第一出气孔15与排气槽132的槽面连通。在侧板12远离工作腔11的一侧设置所述第一进气孔14，第一进气孔14与所有的节流孔131相互连通，当然，可以是一个第一进气孔14对应多个节流孔131的形式，中间通过中转腔连通，也可以是多个第一进气孔14单独对应每个节流孔131的形式。
46.同样地，为了实现侧板12与活塞4之间的气膜间隙可调，相邻侧板12之间设置有第一距离调节组件，以实现工作腔11的口径大小的调节，即表示相邻的侧板12不仅通过第一距离调节组件相互连接在一起，而且第一距离调节组件自身可以实现长度调节或者通过改变自身与对应侧板12之间的间隔来实现相邻侧板12间的间距调整，使得工作腔11的横截面面积增大或减小，实现其口径大小调节的目的。本实施例中，第一距离调节组件与第二距离调节组件形式相同，即采用微调螺栓，通过旋转所述微调螺栓，能够实现相邻所述侧板12之间的间距调节。其中，需要说明的是，第一距离调节组件与第二距离调节组件可同步操作也可分开操作，仅需要满足取下侧板12与对应端盖块31之间的连接即可。请参阅图9，气体经过第一进气孔14再经节流孔131进入第一气膜面13进行气膜支撑，然后通过排气槽132由第一出气孔15排出。
47.请参阅图7，为了实现本实施例提供的气缸为双作用气缸的目的，至少一块端盖块31上加工有与工作腔11连通的第二气孔36，第一气孔21与第二气孔36分别对活塞4两端进行充气，从而实现活塞4双向滑动作用的目的。在本实施例中，所述活塞4包括中空的扩径段41与中空的缩径段42，此处的中空是指中间为通孔或通槽的形式，扩径段41与缩径段42可以是同轴的连接的形式，也可是偏心轴连接的形式，一般情况下而言，采用同轴连接形式。所述扩径段41可沿所述工作腔11轴向滑动地位于工作腔11内，两者之间具有间隙，用以形成支撑气膜；所述缩径段42可沿通隙32轴向活动地位于通隙32内，具有一定微米级摆动的幅度范围，且两者之间具有间隙，用以形成支撑气膜。通过以上活塞4的设计形式不仅可方便或直接对扩径段41与缩径段42之间的台阶部分进行吹气作用，更好地实现双作用气缸的流畅动作，而且台阶轴的活塞4形式可以提高径向承载能力，同时也能降低装配同轴度的要求。
48.所述扩径段41内固定有转接板5，所述活塞杆7可滑动地设置于缩径段42内，两者之间具有间隙，减小摩擦；所述活塞杆7一端穿出缩径段42，另一端与转接板5之间连接有浮动接头6，活塞杆7与活塞4之间通过设置浮动接头6，可以减小径向荷载产生的输出误差，能够提高活塞杆7运动的稳定性。由于扩径段41的直径大于缩径段42的直径，其气膜支撑作用更为关键，为了使得侧板12与扩径段41之间的气膜支撑稳定更高，所述扩径段41的外壁上加工有排气槽43，所述排气槽43的槽向沿所述扩径段41的周向布置，排气槽43可以是环形槽，也可以是半环形槽，此处采用环形槽，能够与四周的气膜均形成稳定支撑。具体地，所述排气槽43有多道，所有排气槽43的布置范围均处于气膜形成的范围内，以达到有效气膜支撑的目的。相邻所述排气槽43之间的扩径段41棱沿处均加工有切角45，即表示扩径段41为正多棱柱状(中空)，尤其是正四棱柱状(中空)，其棱沿处加工切角45，能够使得气体在棱沿处进行支撑，并能在相邻排气槽43中间流动，形成的气膜能够作用至关键位置，低加工成本的前提下，通过巧妙的有限设计使得气膜支撑效果更好。请参阅图10，整个无摩擦气缸的气体泄漏流向，第一气孔21和第二气孔36均可作为工作腔11的进气端，进入至排气槽43后由切角45之间的第一气膜面13形成气膜支撑，最后由第一出气孔15排出。
49.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。应当注意，在附图中所图示的结构或部件不一定按比例绘制，同时本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述，以避免不必要地限制本实用新型。