一种自驱动气缸制造技术

本发明专利技术属气动技术领域，具体涉及一种自驱动气缸。带进出口阀的端盖装在壳体的左右两端并与缸腔及活塞构成左右缸腔；壳体上下两侧装有盖板，盖板经密封圈将换能器压接在壳体的泵腔内并与壳体和盖板分别构成内外泵腔；盖板将密封环压接在壳体的两个沉腔内形成进出孔腔；进孔腔与各内泵腔及出孔腔依次串联构成内泵，进孔腔与各外泵腔及出孔腔依次串联构成外泵；壳体上下两侧的内外泵经分别并联成上下供气单元，上下供气单元串联；下供气单元的出孔与左右进口阀连接；换能器由两个驱动器及垫圈构成，驱动器由基板与压电片构成；换能器的驱动单元受直流驱动电压作用变形并使传感单元输出电压达到极值时驱动电压换向，驱动器实现自激驱动。

A Self-driving Cylinder

The invention belongs to the field of pneumatic technology, in particular to a self-driving cylinder. The end cap with the exit valve is installed at the left and right ends of the shell and forms the left and right cylinder chambers with the cylinder chamber and piston; the upper and lower sides of the shell are equipped with cover plates, which press transducers into the pump chamber of the shell through the sealing ring and form the inner and outer pump chambers with the shell and cover plates respectively; the cover plates press the sealing ring into the two sinking chambers of the shell to form the inlet and outlet chambers; the inlet and outlet chambers are in turn in series with the pump chambers and outlet chambers. The inner pump is connected, and the inlet cavity is connected in series with the outer pump cavity and the outlet cavity to form the outer pump; the inner and outer pumps on the upper and lower sides of the shell are connected in series with the upper and lower air supply units respectively through parallel connection; the outlet of the lower air supply unit is connected with the left and right inlet valves; the transducer is composed of two actuators and gaskets, and the driver is composed of a base plate and a piezoelectric plate; the driving unit of the transducer is driven by direct current. When the dynamic voltage is deformed and the output voltage of the sensor unit reaches its maximum, the driving voltage is reversed, and the driver realizes self-excitation drive.

【技术实现步骤摘要】
一种自驱动气缸
本专利技术属于气动
，具体涉及一种自驱动气缸。
技术介绍
液压及气压传动与控制系统具有高能量密度、低噪音、无冲击等优势，在国民经济和国防工业的各个行业已成功应用多年。传统的气压动力系统通常都是由尺寸较大的电动机和机械式气泵进行驱动的，并通过换向阀、减压阀及调速阀等多类型阀的联合作业实现输出力、速度及位置等的有效控制，故体积庞大、结构连接及控制比较复杂，应用上具有很大的局限性：无法用于航空航天、行走机器人等微小系统及远程控制系统；同时，由于现有气压动力系统采用种类繁多的气阀进行联合控制，难以实现驱动力、速度及位置的精确控制与调节，无法用于精密机械加工与装配、精密测量、精密光学驱动等要求驱动、定位及控制精度高的领域。因此人们相继提出了多种类型的微小型液压及气动系统，如中国专利201510843026.7、201310132556.1、201410611173.7等，因现有微小型液压或气动系统均由固定频率驱动的，实际工作中其驱动力及速度受工作负载影响较大，当具体工况下的驱动元件谐振频率与所设定的激励频率偏差较大时，气体输出量和压力都将大幅度下降，且根据设定驱动电压及频率计算所得的驱动力及速度精确度也较低。
技术实现思路
本专利技术提出一种自驱动气缸，本专利技术的实施方案是：左右端盖经螺钉安装在壳体的左右两端并与缸腔及置于缸腔内的活塞共同构成左右缸腔，左端盖上设有左进出口阀，右端盖上设有右进出口阀；壳体上下两侧都经螺钉装有盖板，盖板经密封圈将换能器压接在壳体的泵腔内，密封圈位于换能器上下两侧，换能器及密封圈与壳体形成内泵腔、与盖板形成外泵腔；盖板将小密封环压接在壳体的小沉腔内形成进孔腔、将大密封环压接在壳体的大沉腔内形成出孔腔，进出孔腔分别与进出孔连通；进孔腔与各内泵腔及出孔腔依次串联构成内泵，即：进孔腔与其相邻的内泵腔之间、两相邻内泵腔之间、以及内泵腔与出孔腔之间都经内通孔和带阀片的内阀腔连通并依次串联构成内泵；进孔腔与各外泵腔及出孔腔依次串联构成外泵，即：进孔腔与其相邻的外泵腔之间、两相邻外泵腔之间、以及外泵腔与出孔腔之间都经外通孔和带阀片的外阀腔连通并依次串联构外泵；壳体上方的内外泵经进出孔腔并联成上供气单元，壳体下方的内外泵经进出孔腔并联成下供气单元；上下供气单元串联、即上供气单元的出孔和下供气单元的入孔经管路连通，下供气单元的出孔经管路与左右进口阀连接，左右进口阀并联。换能器由两个驱动器及垫圈构成，驱动器由基板与压电片粘接而成，压电片靠近垫圈安装；至少一个换能器中的两个驱动器含有驱动单元和传感单元，即压电片表面电极被分割成两部分并分别与基板构成驱动单元和传感单元；驱动器及驱动单元的驱动电压为直流电压或交流电压；工作中，同一换能器中两个驱动器的变形方向相同且代表换能器的变形方向，左右相邻的同一个供气单元中的两个换能器的变形方向相反；驱动电压为直流电压时，驱动器中驱动单元受驱动电压作用变形并使传感单元输出电压达到极值时驱动电压换向，驱动器实现自激驱动；传感单元的输出电压还用于表征活塞的运动速度和驱动力。本专利技术中，左出口阀和右进出口阀均为常闭开关阀，工作中未提及开启时均处截止状态；气缸的驱动过程包括：1)蓄能阶段：左右进口阀开启、左右出口阀关闭，上供气单元的入孔吸入气体、下供气单元的出孔排出气体，所排出气体进入左右缸腔和蓄能器；蓄能过程结束后，左右进口阀关闭；2)驱动阶段：上下供气单元工作处于状态下，左进口阀和右出口阀开启、左出口阀和右进口阀关闭时活塞向右运动，左进口阀和右出口阀关闭、左出口阀和右进口阀开启时活塞向左运动；3)定位及保持阶段：活塞运动到预定位置后，左进出口阀和右进出口阀均关闭，上下供气单元停止工作。本专利技术根据所需的气缸驱动力及速度确定系统内所含换能器的数量，驱动器由等厚度PZT4晶片与黄铜基板粘接而成且上下供气单元同步工作时，所获得的最大驱动力为最大速度为其中，ηq、ηp分别为阀片的速度和驱动力系数，R、H分别内外泵腔的半径和高度，hp为压电片厚度，f为激励频率，U0为驱动电压，N为系统内所含换能器的总数，A、Ff分别为活塞的有效面积和滑动摩擦力。特点及优势：供气单元与壳体集成，体积小、集成度高、无需外界气源，可作为独立的标准部件应用；通过步进的方法实现较大行程内的精密驱动与定位控制；根据驱动器变形状态使直流驱动电压换向，实现换能器自激驱动，激励频率的负载等变化适应性强，驱动能力强、性能稳定。附图说明图1是本专利技术一个较佳实施例中气缸的系统构成原理图；图2是本专利技术一个较佳实施例中气缸蓄能阶段的结构原理图；图3是本专利技术一个较佳实施例中驱动电压的波形图；图4是本专利技术一个较佳实施例中传感电压的波形图；图5是壳体的结构示意图；图6是图5的俯视图；图7是本专利技术一个较佳实施例中盖板的结构示意图；图8是图7的仰视图；图9是本专利技术一个较佳实施例中换能器的结构示意图；图10是图9的A-A剖视图。具体实施方式左端盖x和右端盖y经螺钉安装在壳体a的左右两端并与缸腔a8及置于缸腔a8内的活塞f共同构成左缸腔B1和右缸腔B2，左端盖x上设有左进口阀v1和左出口阀v2，右端盖y上设有右进口阀v3和右出口阀v4；壳体a的上下两侧都经螺钉安装有盖板b，盖板b经密封圈i将换能器D压接在壳体a的泵腔a3内，密封圈i位于换能器D的上下两侧，换能器D及密封圈i与壳体a形成内泵腔C1、与盖板b形成外泵腔C2；盖板b将小密封环g压接在壳体a的小沉腔a2内形成进孔腔C3、将大密封环h压接在壳体a的大沉腔a4内形成出孔腔C4；进孔腔C3与进孔a1连通，出孔腔C4与出孔a5连通；进孔腔C3与各内泵腔C1及出孔腔C4依次串联构成内泵q1，即：进孔腔C3与其相邻的内泵腔C1之间、两个相邻的内泵腔C1之间、以及内泵腔C1与出孔腔C4之间都经内通孔a6和带阀片e的内阀腔a7连通并依次串联构成内泵q1；进孔腔C3与各外泵腔C2及出孔腔C4依次串联构成外泵q2，即：进孔腔C3与其相邻的外泵腔C2之间、两相邻外泵腔C2之间、以及外泵腔C2与出孔腔C4之间都经外通孔b6和带阀片e的外阀腔b7连通并依次串联构外泵q2；壳体上方的内泵q1与外泵q2经进孔腔C3和出孔腔C4并联成上供气单元I，壳体a下方的内泵q1与外泵q2经进孔腔C3和出孔腔C4并联成下供气单元II；上供气单元I和下供气单元II串联、即上供气单元I的出孔a5和下供气单元II的入孔a1经管路连通，下供气单元II的出孔a5经管路与左进口阀v1和右进口阀v3连接，左进口阀v1和右进口阀v3并联。换能器D由两个驱动器d及垫圈d0构成，驱动器d由基板d1与压电片d2粘接而成，压电片d2靠近垫圈d0安装；至少一个换能器D中的两个驱动器d含有驱动单元d21和传感单元d22，即压电片d2表面电极被分割成两部分并分别与基板d1构成驱动单元d21和传感单元d22；驱动器d及驱动单元d21的驱动电压为直流电压或交流电压；工作中，同一换能器D中两个驱动器d的变形方向相同且代表换能器D的变形方向，左右相邻的同一个供气单元中的两个换能器D的变形方向相反；驱动电压为直流电压时，驱动器d中驱动单元d21受驱动电压作用变形并使传感单元d22输出电压达到极值时驱动电压换向，驱动器d实现自激驱动；传感单元d22的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自驱动气缸，其特征在于：左右端盖装在壳体的左右两端并与缸腔及缸腔内的活塞共同构成左右缸腔，左端盖上设有左进出口阀，右端盖上设有右进出口阀；壳体上下两侧都装有盖板，盖板经密封圈将换能器压接在壳体的泵腔内，换能器及密封圈与壳体形成内泵腔、与盖板形成外泵腔；盖板将小密封环压接在壳体的小沉腔内形成进孔腔、将大密封环压接在壳体的大沉腔内形成出孔腔，进出孔腔分别与进出孔连通；进孔腔与各内泵腔及出孔腔依次串联构成内泵，进孔腔与各外泵腔及出孔腔依次串联构成外泵；壳体上方的内外泵经进出孔腔并联成上供气单元，壳体下方的内外泵经进出孔腔并联成下供气单元：上下供气单元串联，下供气单元的出孔经管路与左右进口阀连接，左右进口阀并联；换能器由两个驱动器及垫圈构成，驱动器由基板与压电片粘接而成；一个换能器中的驱动器含有驱动单元和传感单元；工作中，左右相邻的同一个供气单元中的两个换能器的变形方向相反；驱动单元受直流驱动电压作用变形并使传感单元输出电压达到极值时驱动电压换向，驱动器实现自激驱动。

【技术特征摘要】
1.一种自驱动气缸，其特征在于：左右端盖装在壳体的左右两端并与缸腔及缸腔内的活塞共同构成左右缸腔，左端盖上设有左进出口阀，右端盖上设有右进出口阀；壳体上下两侧都装有盖板，盖板经密封圈将换能器压接在壳体的泵腔内，换能器及密封圈与壳体形成内泵腔、与盖板形成外泵腔；盖板将小密封环压接在壳体的小沉腔内形成进孔腔、将大密封环压接在壳体的大沉腔内形成出孔腔，进出孔腔分别与进出孔连通；进孔腔与各内泵腔及出孔腔依次串联构成内泵，进孔腔与各外泵腔及出孔腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淑云，杨泽盟，刘晨欣，马继杰，唐红艳，曾平，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33