CN103174701B - 压电致缸筒扭转振动的低摩擦特性气缸 - Google Patents
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Abstract
压电致缸筒扭转振动的低摩擦特性气缸，本发明属于气动技术领域，具体是降低气缸摩擦系数的技术领域。为了方便、快速、灵活地实现降低气缸的摩擦系数。在气缸总成的缸筒的外圆面上，绕圆周方向设置有多个平面，且同一圆周上平面的个数≥2，每个平面上都设置有一片或多片压电伸缩片，并使每片压电伸缩片的一个平面都与平面连接，所有压电伸缩片都沿气缸总成的缸筒的轴线方向排列，所有压电伸缩片的伸缩方向与气缸总成的缸筒的轴线之间有夹角a，且同一列队中的相邻压电伸缩片以夹角a为正角度、负角度的方位形式间隔排列，并使其正角度与负角度的绝对值相等且小于90度。本发明在压电伸缩片输入驱动信号时，能使活塞与缸筒的摩擦系数降低。
Description
技术领域
本发明属于气动技术领域，具体是降低气缸摩擦系数的技术领域。
背景技术
气缸爬行现象严重影响气缸的运动平稳性。为有效消除爬行现象，改善气缸低速运行特性，一种周知的方法是通过在控制信号上叠加颤振信号的方式来补偿气缸的摩擦力，消除气缸摩擦力的方向性，从而减轻了气缸爬行现象。但颤振信号的频率和幅度在实际应用时很难恰当把握，常常带来噪声、抖动等副作用。
另一种方法是利用气浮效应在气缸摩擦副之间引入一层气膜。使活塞和金属缸筒不直接接触，从而明显减少气缸动静摩擦力的差值，使气缸爬行现象得到很大改善。如专利CN102155465A。然而这种气浮低摩擦气缸在制造过程中，对气缸各零部件的加工精度提出了很高要求，且在大尺寸的气浮低摩擦气缸加工制造中存在很大难度。还有一种方法是在对低速性能要求较高的场合，气液联控伺服***时常被使用。通过增加***的阻尼的方式，气缸低速的爬行有了很大的改善。但这一***往往体积加大，且易引入油液污染。
发明内容
为了方便、快速、灵活地实现降低气缸的摩擦系数，本发明提出了一种压电致缸筒扭转振动的低摩擦特性气缸。
所述压电致缸筒扭转振动的低摩擦特性气缸，是由气缸总成、多片压电伸缩片组成；
在气缸总成的缸筒的外圆面上，绕圆周方向设置有多个平面，且同一圆周上平面的个数≥2，每个平面上都设置有一片或多片压电伸缩片，并使每片压电伸缩片的一个平面都与平面连接，所有压电伸缩片都沿气缸总成的缸筒的轴线方向排列，所有压电伸缩片的伸缩方向与气缸总成的缸筒的轴线之间有夹角a，且同一列队中的相邻压电伸缩片以夹角a为正角度、负角度的方位形式间隔排列，并使其正角度与负角度的绝对值相等且小于90度；所述压电伸缩片驱动交流电信号的频率和缸筒本身对应的固有扭转振动频率相同或相近；同一圆周上的所有压电伸缩片可单独或成组驱动，在成组驱动时其驱动相位都相同，每个平面上的相邻压电伸缩片的驱动相位相同。
本发明在压电伸缩片输入驱动信号时，能使活塞与缸筒的摩擦系数降低。它还具有结构简单、加工容易、维护方便、且易于控制。本发明在低速气缸领域有着广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中缸筒A-A向剖视结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1、图2进行说明，本具体实施方式是由气缸总成1、多片压电伸缩片2组成；
在气缸总成1的缸筒的外圆面上，绕圆周方向设置有多个平面1-1，且同一圆周上平面1-1的个数≥2，每个平面1-1上都设置有一片或多片压电伸缩片2，并使每片压电伸缩片2的一个平面都与平面1-1连接，所有压电伸缩片2都沿气缸总成1的缸筒的轴线方向排列，所有压电伸缩片2的伸缩方向与气缸总成1的缸筒的轴线之间有夹角a，且同一列队中的相邻压电伸缩片2以夹角a为正角度、负角度的方位形式间隔排列，并使其正角度与负角度的绝对值相等且小于90度；所述压电伸缩片2驱动交流电信号的频率和缸筒本身对应的固有扭转振动频率相同或相近；同一圆周上的所有压电伸缩片2可单独或成组驱动，在成组驱动时其驱动相位都相同，每个平面1-1上的相邻压电伸缩片2的驱动相位相同。
所述每片压电伸缩片2的一个平面都与平面1-1的连接方式可为粘接、冷焊、化学方法。
所述压电伸缩片2的驱动交流电信号的波形可为正弦波形交流电信号、方波形交流电信号、三角波形交流电信号或锯齿形交流电信号。
所述压电伸缩片2可更换成磁致伸缩片、光致伸缩片或热致伸缩片。
所述气缸总成1的缸筒的材质为钛合金、铜合金、合金钢或铝合金。
工作原理：它是通过驱动压电伸缩片2，使气缸总成1的缸筒处在高频扭转振动状态，利用缸筒的高频振动所产生的减摩效应降低活塞与缸筒的摩擦系数，从而使气缸具有低摩擦特性。
给所有压电伸缩片2通以和缸筒本身对应的固有扭转振动频率相同或相近的正弦交流电，则每一面上的两片压电伸缩片会同时产生沿它们长度方向的变形，由于它们的有一端靠近缸筒端部约束边，所以缸筒的端部为振动的节点，所以长度方向的变形会沿着另外一个方向。两个压电伸缩片对称布置，沿缸筒轴向方向的变形相互抵消，耦合出的变形沿轴向垂直方向，从而每一面的压电片耦合出的变形力沿周向相当于给金属缸筒一个力矩，从而激励出对应的缸筒扭转振动模态，进而减少气缸摩擦系数。
Claims (2)
1.压电致缸筒扭转振动的低摩擦特性气缸，其特征在于它是由气缸总成（1）、多片压电伸缩片（2）组成；
在气缸总成（1）的缸筒的外圆面上，绕圆周方向设置有多个平面（1-1），且同一圆周上平面（1-1）的个数≥2，每个平面（1-1）上都设置有两片压电伸缩片（2），并使每片压电伸缩片（2）的一个平面都与平面（1-1）连接，所述两片压电伸缩片（2）对称布置，所有压电伸缩片（2）都沿气缸总成（1）的缸筒的轴线方向排列，所有压电伸缩片（2）的伸缩方向与气缸总成（1）的缸筒的轴线之间有夹角a，且同一列队中的相邻压电伸缩片（2）以夹角a为正角度、负角度的方位形式间隔排列，并使其正角度与负角度的绝对值相等且小于90度；所述压电伸缩片（2）的驱动交流电信号的频率和缸筒本身对应的固有扭转振动频率相同或相近；同一圆周上的所有压电伸缩片（2）可单独或成组驱动，在成组驱动时其驱动相位都相同，每个平面（1-1）上的相邻压电伸缩片（2）的驱动相位相同；所述压电伸缩片（2）的驱动交流电信号的波形为正弦波形交流电信号、方波形交流电信号、锯齿形交流电信号。
2.根据权利要求1所述的压电致缸筒扭转振动的低摩擦特性气缸，其特征在于所述每片压电伸缩片（2）的一个平面都与平面（1-1）的连接方式为粘接、冷焊或化学方法。
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