CN103195772B - 压电致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸 - Google Patents

Abstract

压电致缸筒弯曲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两两相对的平面，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，每个平面上在设置有多个压电伸缩片时，这个面上的所有压电伸缩片都沿气缸总成的缸筒的轴线方向排列；所述压电伸缩片的伸缩方向与气缸总成的缸筒的轴线平行；所述压电伸缩片驱动电压的频率和缸筒本身对应的固有弯曲振动频率相同或相近。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

压电致缸筒弯曲振动的低摩擦特性气缸

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弯曲振动的低摩擦特性气缸。

所述压电致缸筒弯曲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两两相对的平面，平面的总个数为2的倍数，每个平面上都设置有一片或多片压电伸缩片，且每个平面上的压电伸缩片的个数都相等，并使每片压电伸缩片的一个平面都与平面连接，每个平面上在设置有多个压电伸缩片时，这个面上的所有压电伸缩片都沿气缸总成的缸筒的轴线方向均匀排列；所述压电伸缩片的伸缩方向与气缸总成的缸筒的轴线平行；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弯曲振动频率相同或相近；多片压电伸缩片的驱动方式为行波激振工作模式或驻波激振工作模式；所述行波激振工作模式为每两个相对平面上的压电伸缩片的驱动相位差180度，每个平面上的相邻压电伸缩片的驱动相位差180度，每两个相对平面上的压电伸缩片以圆周相邻依次驱动，圆周相邻平面上的压电伸缩片的驱动相位差90度；所述驻波激振工作模式为每个或几个压电伸缩片可单独或成组驱动，每个或每组压电伸缩片的驱动相位差可为0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。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中缸筒的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两两相对的平面1-1，平面1-1的总个数为4的倍数，每个平面1-1上都设置有一片或多片压电伸缩片2，且每个平面1-1上的压电伸缩片2的个数都相等，并使每片压电伸缩片2的一个平面都与平面1-1连接，每个平面1-1上在设置有多个压电伸缩片2时，这个面上的所有压电伸缩片2都沿气缸总成1的缸筒的轴线方向排列；所述压电伸缩片2的伸缩方向与气缸总成1的缸筒的轴线平行；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弯曲振动频率相同或相近；多片压电伸缩片2的驱动方式为行波激振工作模式或驻波激振工作模式；所述行波激振工作模式为每两个相对平面1-1上的压电伸缩片2的驱动相位差180度，每个平面1-1上的相邻压电伸缩片2的驱动相位差180度，每两个相对平面1-1上的压电伸缩片2以圆周相邻依次驱动，圆周相邻平面1-1上的压电伸缩片2的驱动相位差90度；所述驻波激振工作模式为每个或几个压电伸缩片2可单独或成组驱动，每个或每组压电伸缩片2的驱动相位差可为0度。

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。

具体实施方式二：参见图1、图2进行说明，本具体实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述每个平面1-1上在设置有多个压电伸缩片2时，这个面上的所有压电伸缩片2都沿气缸总成1的缸筒的轴线方向均匀排列。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理：它是通过驱动压电伸缩片2，使气缸总成1的缸筒处在高频弯曲振动状态，利用缸筒的高频弯曲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弯曲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对应的变形，从而激振出缸筒的弯曲振动。在行波驱动中，按平面不相邻的原则把所有压电伸缩片分为两组，给两组压电伸缩片通以相位差为90度的正弦交流电，缸筒接地，则会在空间上激励产生两个相互正交的弯曲振动驻波，从而耦合成弯曲振动行波，进而减少气缸摩擦系数。在驻波驱动中，按平面不相邻的原则把所有压电伸缩片分为两组，只给其中一组压电伸缩片通以和缸筒本身对应的固有弯曲振动频率相同或相近的正弦交流电，另一组和缸筒接地，从而激励出对应的缸筒弯曲振动模态，进而减少气缸摩擦系数。

Claims (2)

1.压电致缸筒弯曲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两两相对的平面（1-1），平面（1-1）的总个数为2的倍数，每个平面（1-1）上都设置有一片或多片压电伸缩片（2），且每个平面（1-1）上的压电伸缩片（2）的个数都相等，并使每片压电伸缩片（2）的一个平面都与平面（1-1）连接，每个平面（1-1）上在设置有多个压电伸缩片（2）时，这个平面上的所有压电伸缩片（2）都沿气缸总成（1）的缸筒的轴线方向均匀排列；所述压电伸缩片（2）的伸缩方向与气缸总成（1）的缸筒的轴线平行；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弯曲振动频率相同或相近；多片压电伸缩片（2）的驱动方式为行波激振工作模式或驻波激振工作模式；在行波驱动中，按平面不相邻的原则把所有压电伸缩片（2）分为两组，给两组压电伸缩片（2）通以相位差为90度的正弦交流电，缸筒接地；在驻波驱动中，按平面不相邻的原则把所有压电伸缩片（2）分为两组，只给其中一组压电伸缩片（2）通以和缸筒本身对应的固有弯曲振动频率相同或相近的正弦交流电，另一组和缸筒接地。

2.根据权利要求1所述的压电致缸筒弯曲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）的一个平面与平面（1-1）的连接方式都为粘接、冷焊或化学方法。