一种气液平衡配重结构论文和设计-林灿荣

全文摘要

本实用新型提供了一种气液平衡配重结构，包括储气瓶和平衡气缸，储气瓶通过气管与平衡气缸相连接，平衡气缸包括缸筒、前端盖、活塞导向、活塞杆和密封导套，活塞安装在活塞杆的前端，活塞杆安装在缸筒内，前端盖上开设有进气口，气管与进气口相连接，沿活塞的轴向方向设置有过气孔，活塞杆与缸筒的内壁面形成过气通道，进气口通过过气孔与过气通道相连通，前端盖安装在缸筒的前端，密封导套设置在缸筒的后端，且密封导套与活塞杆的外表面相密封配合，活塞杆通过密封导套后伸出缸筒后端。本实用新型利用氮气蓄能器的氮气压力原理，控制平衡气缸配合活塞杆的伸缩头上的重量，以达到高运行速度、高精密加工和减低CNC数控机床伺服螺杆Z轴负载，延长机器使用寿命之目的。

主设计要求

1.一种气液平衡配重结构，其特征在于：包括存储有氮气与液压油混合物的储气瓶和平衡气缸，所述储气瓶通过气管与平衡气缸相连接，所述平衡气缸包括缸筒、前端盖、活塞、活塞杆和密封导套，所述活塞安装在活塞杆的前端，用于对活塞杆在缸筒内移动时进行导向，所述活塞杆安装在缸筒内，所述前端盖上开设有进气口，所述气管与进气口相连接，沿所述活塞的轴向方向设置有过气孔，所述活塞杆与缸筒的内壁面形成过气通道，所述进气口通过过气孔与过气通道相连通，所述前端盖安装在缸筒的前端，用于密封缸筒的前端，所述密封导套设置在缸筒的后端，且所述密封导套与活塞杆的外表面相密封配合，用于密封缸筒的后端和对活塞杆进行导向作用，所述活塞杆通过密封导套后伸出缸筒后端。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种气液平衡配重结构，其特征在于：所述前端盖的外周壁开设有两个第一密封槽，所述第一密封槽分别设置有第一密封圈。

3.根据权利要求1所述的一种气液平衡配重结构，其特征在于：所述活塞的外周壁开依次从前往后设置有第一耐磨槽，所述第一耐磨槽内设置有第一耐磨带。

4.根据权利要求1所述的一种气液平衡配重结构，其特征在于：所述密封导套的内周壁依次从前往后开槽形成有第二密封槽、第三密封槽、第四密封槽、第五密封槽、第六密封槽和第一防尘槽。

5.根据权利要求4所述的一种气液平衡配重结构，其特征在于：所述第二密封槽内设置有第二密封圈，所述第三密封槽内设置有第三密封圈，所述第四密封槽内设置有第四密封圈，所述第五密封槽内设有第五密封圈，所述第六密封槽内设置有第六密封圈，所述第一防尘槽内设置有第一防尘圈。

6.根据权利要求4所述的一种气液平衡配重结构，其特征在于：所述第四密封槽与第五密封槽之间分别设置有第二耐磨槽和油槽。

7.根据权利要求6所述的一种气液平衡配重结构，其特征在于：所述第二耐磨槽内设置有第二耐磨带，所述油槽内设置有对活塞杆和第二耐磨带进行润滑的润滑油。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及CNC数控机床技术领域，特别涉及一种气液平衡配重结构。

背景技术

在CNC数控机床在运行过程中，CNC数控机床Z轴和其他部件因自身的重力会影响机床的工作效果，因此，CNC数控机床需要平衡配重结构来平衡Z轴和其他部件因自身的重力，目前，平衡装置多采用液压缸。

然而，现有技术中采用的液压缸重量大，运行速度慢，进而导致CNC数控机床在大于36M\/min的快速进给加工中不平稳，加工件弧面精度不准不镜面。

现有技术中的平衡装置还有采用气压缸的，但现有技术中的气压缸一般会设置一个进气口和一个出气口，特别是出气口经常会出现漏气的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种气液平衡配重结构，以解决现有技术中的平衡装置速度慢、不平稳还容易漏气的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种气液平衡配重结构，包括存储有氮气与液压油混合物的储气瓶和平衡气缸，所述储气瓶通过气管与平衡气缸相连接，所述平衡气缸包括缸筒、前端盖、活塞、活塞杆和密封导套，所述活塞安装在活塞杆的前端，用于对活塞杆在缸筒内移动时进行导向，所述活塞杆安装在缸筒内，所述前端盖上开设有进气口，所述气管与进气口相连接，沿所述活塞的轴向方向设置有过气孔，所述活塞杆与缸筒的内壁面形成过气通道，所述进气口通过过气孔与过气通道相连通，所述前端盖安装在缸筒的前端，用于密封缸筒的前端，所述密封导套设置在缸筒的后端，且所述密封导套与活塞杆的外表面相密封配合，用于密封缸筒的后端和对活塞杆进行导向作用，所述活塞杆通过密封导套后伸出缸筒后端。

进一步地，所述前端盖的外周壁开设有两个第一密封槽，所述第一密封槽分别设置有第一密封圈。

进一步地，所述活塞的外周壁开依次从前往后设置有第一耐磨槽，所述第一耐磨槽内设置有第一耐磨带。

进一步地，所述密封导套的内周壁依次从前往后开槽形成有第二密封槽、第三密封槽、第四密封槽、第五密封槽、第六密封槽和第一防尘槽。

进一步地，所述第二密封槽内设置有第二密封圈，所述第三密封槽内设置有第三密封圈，所述第四密封槽内设置有第四密封圈，所述第五密封槽内设有第五密封圈，所述第六密封槽内设置有第六密封圈，所述第一防尘槽内设置有第一防尘圈。

进一步地，所述第四密封槽与第五密封槽之间分别设置有第二耐磨槽和油槽。

进一步地，所述第二耐磨槽内设置有第二耐磨带，所述油槽内设置有对活塞杆和第二耐磨带进行润滑的润滑油。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型与现有技术相对比具有以下优点：

1、本实用新型没有设置出气孔，而是在活塞上设置有过气孔，这样当储气瓶通过气管向平衡气缸的进气口通入混合气体时，该混合气体就会推动活塞向上运动，从而带动活塞杆向上运动，从而实现对机床的主轴或其他部件进行支撑，减轻机床的主轴或其他部件的负载；而该活塞杆的复位时通过机床主轴或其他部件的向下运动时推动活塞杆向下运动，从而带动活塞向下运动，从而将过气通道内的气体推往储气瓶中，由于本实用新型通过在活塞上设置过气孔，使得气体由原路返回，因此不需要设置另外的出气孔，从而大大的提高了平衡气缸的密封性能，本实用新型的活塞与现有技术的不同，现有技术的活塞一般是起密封作用的，而本实用新型主要是起到对活塞杆的导向和活塞杆回复时回流气体的作用；

2、本实用新型在密封导套的内周壁依次从前往后开槽形成有第二密封槽、第三密封槽、第四密封槽、第五密封槽、第六密封槽，且第二密封槽内设置有第二密封圈，第三密封槽内设置有第三密封圈，第四密封槽内设置有第四密封圈，第五密封槽内设有第五密封圈，第六密封槽内设置有第六密封圈，由于该密封导套需要起到两个主要作用，分别是密封缸体内气体不外泄以及对活塞杆进行导向，因此本实用新型为了保证该密封导套可以将缸体内的气体进行完全密封，本实用新型设置了5道密封圈对其进行密封，从而大大的提高了其密封效果，而现有技术中一般只是设置2道密封圈，无法长时间使用，非常容易导致其漏气；

3、另外本实用新型的密封导套还起到对活塞杆导向作用，是通过在密封导套的第四密封槽与第五密封槽之间分别设置有第二耐磨槽和油槽，在第二耐磨槽内设置有第二耐磨带，在油槽内设置有对活塞杆以及耐磨带进行润滑的润滑油，其中耐磨带起到对活塞杆进行导向作用，可以防止活塞杆直接与密封导套内壁接触，一般密封导套损坏就需要更换密封导套，而本申请由于设置有耐磨带，当耐磨带损坏时，直接更换耐磨带即可，从而节省维修成本。

4、本实用新型在密封导套设置有油槽，该油槽内设置有对活塞杆进行润滑的润滑油，这样当活塞杆在升降运动时，就会将油槽内的润滑油带到耐磨带上，从而可以防止耐磨带与活塞杆是干接触的，从而可以防止耐磨带损坏活塞杆，起到延长耐磨带寿命的作用。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的结构示意图；

图2是图1K处的放大结构示意图；

图3是本实用新型实施例一的方框原理图；

图4是本实用新型平衡气缸的结构示意图；

图5是本实用新型前端盖的结构示意图；

图6是本实用新型活塞的结构示意图；

图7是本实用新型密封导套的结构示意图；

图8是本实用新型密封导套与活塞杆装配时的结构示意图；

图9到图13是本实用新型平衡气缸向上配重和复位时的结构示意图；

图14是本实用新型实施例二的结构示意图；

图15是三本实用新型实施例二的方框原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行进一步说明：

如图1到图15所示的，一种气液平衡配重结构，包括存储有氮气与液压油混合物的储气瓶A和平衡气缸I，所述储气瓶A通过气管H与平衡气缸I相连接，所述平衡气缸I包括缸筒1、前端盖2、活塞3、活塞杆4和密封导套5，所述活塞3安装在活塞杆4的前端，用于对活塞杆4在缸筒1内移动时进行导向，所述活塞杆4安装在缸筒1内，所述前端盖2上开设有进气口，所述气管H与进气口21相连接，沿所述活塞3的轴向方向设置有过气孔31，所述活塞杆4与缸筒1的内壁面形成过气通道41，所述进气口21通过过气孔31与过气通道41 相连通，所述前端盖2安装在缸筒1的前端，用于密封缸筒1的前端，所述密封导套5设置在缸筒1的后端，且所述密封导套5与活塞杆4的外表面相密封配合，用于密封缸筒1的后端和对活塞杆4进行导向作用，所述活塞杆4通过密封导套5后伸出缸筒1后端。

本申请中的平衡气缸主要用在抵消CNC数控机床Z轴自重的平衡的作用力，其中该平衡气缸的要点为：1.谓衡器两端承受的重量相等，不倾斜。2.谓两物齐平如衡。3.谓保持平衡；同等。4.利用氮气压力调整推动气缸的推力与承受重量相等。5.对立的各方面在数量上相等。6.两个或两个以上的力作用于一个物体上，各个力互相抵消，使物体成相对的静止状态。亦泛指平稳，稳定。

本实用新型没有设置出气孔，而是在活塞3上设置有过气孔31，这样当储气瓶A通过气管H向平衡气缸I的进气口21通入混合气体时，该混合气体就会推动活塞3向上运动，从而带动活塞杆4向上运动，实现了对CNC数控机床的 Z轴或其他部件进行支撑，减轻CNC数控机床的Z轴或其他部件的负载；而该活塞杆4复位时通过CNC数控机床Z轴或其他部件的向下运动的同时推动活塞杆4向下运动，从而带动活塞3向下运动，从而将过气通道内的气体推往储气瓶A中，由于本实用新型通过在活塞3上设置过气孔31，使得气体由原路返回，因此不需要设置另外的出气孔，从而大大的提高了平衡气缸I的密封性能，本实用新型的活塞与现有技术的不同，现有技术的活塞3一般是起密封作用的，而本实用新型主要是起到对活塞杆4的导向和活塞杆4复位时回流气体的作用。

如图5和图6所示的，本申请只有进气孔31实现推动活塞杆4的原理为：前端盖2内设置有一凹槽22，而该活塞3的前端设置有一凸头32，该凸头32 可插入到该凹槽22中，与该凹槽22密封配合，这样当混合气体从前端盖2的进气口21进入时，会先推动该活塞3的凸头32，因为该凸头32与凹槽22密封配合，当该活塞3的凸头32离开该凹槽22后，混合气体则会继续推动活塞3，由于活塞3上设置有通气孔31，因此混合气体会进入到通气孔31内，而该活塞 3后侧的活塞杆4设有倾斜的倒圆角42，该倒圆角42刚好可以阻挡从通气孔31 出来的混合气体，可以使得，从通气孔31出来的混合气体先作用在该活塞杆4 的倒圆角42的倾斜面上，从而推动活塞杆4运动，并且该过气通道41是由活塞杆4的外壁与缸体1内壁之间的间距而形成的，该间距小于通气孔的孔径，这样通过过气孔31的混合气体的流速是比通过通气通道41的流速要小的，根据气体的流速原理，气体流速越大的位置压强越小，流速越小的地方压强越大，这样过气通道41的压强小于过气孔31和活塞3前侧的压强，混合气体推动活塞3和活塞杆4向压强小的方向运动，从而实现了活塞杆4的推动。

进一步地，所述前端盖2的外周壁开设有两个第一密封槽22，所述第一密封槽22分别设置有第一密封圈。

进一步地，所述活塞3的外周壁开依次从前往后设置有第一耐磨槽32，所述第一耐磨槽32内设置有第一耐磨带。

如图7到图8所示的，所述密封导套5的内周壁依次从前往后开槽形成有第二密封槽51、第三密封槽52、第四密封槽53、第五密封槽54、第六密封槽 55和第一防尘槽56。

进一步地，所述第二密封槽51内设置有第二密封圈51a，所述第三密封槽 52内设置有第三密封圈52a，所述第四密封槽53内设置有第四密封圈53a，所述第五密封槽54内设有第五密封圈54a，所述第六密封槽55内设置有第六密封圈55a，所述第一防尘槽56内设置有第一防尘圈56a。

本实用新型在密封导套5的内周壁依次从前往后开槽形成有第二密封槽51、第三密封槽52、第四密封槽53、第五密封槽54、第六密封槽55，且第二密封槽51内设置有第二密封圈51a，第三密封槽52内设置有第三密封圈52a，第四密封槽53内设置有第四密封圈53a，第五密封槽54内设有第五密封圈54a，第六密封槽55内设置有第六密封圈55a，由于该密封导套5需要起到两个主要作用，分别是密封缸筒1内混合气体不外泄以及对活塞杆4进行导向，因此本实用新型为了保证该密封导套5可以将缸筒1内的混合气体进行完全密封，本实用新型设置了5道密封圈对其进行密封，从而大大的提高了其密封效果，而现有技术中一般只是设置2道密封圈，无法长时间使用，非常容易导致其漏气。

进一步地，所述第四密封槽53与第五密封槽54之间分别设置有第二耐磨槽57和油槽58。

进一步地，所述第二耐磨槽57内设置有第二耐磨带57a，所述油槽58内设置有对活塞杆4和第二耐磨带57a进行润滑的润滑油58a。

另外本实用新型的密封导套5还起到对活塞杆4导向作用，是通过在密封导套5的第四密封槽53与第五密封槽54之间分别设置有第二耐磨槽57和油槽 58，在第二耐磨槽57内设置有第二耐磨带57a，在油槽58内设置有对活塞杆4 以及第二耐磨带57进行润滑的润滑油58a，其中第二耐磨57a带起到对活塞杆4 进行导向作用，可以防止活塞杆4直接与密封导套5内壁接触，一般密封导套5 损坏就需要更换密封导套5，而本申请由于设置有第二耐磨带57a，当第二耐磨带57a损坏时，直接更换第二耐磨57a带即可，从而节省维修成本。

本实用新型在密封导套5设置有油槽58，该油槽58内设置有对活塞杆4进行润滑的润滑油58a，这样当活塞杆4在升降运动时，就会将油槽58内的润滑油58a带到耐磨带上，从而可以防止第二耐磨带57a与活塞杆4是干接触的，从而可以防止第二耐磨带57a损坏活塞杆4，起到延长耐磨带寿命的作用。

如图2所示的，该储气瓶A为高压钢瓶用于储存液压油及氮气，并为平衡气缸I提供氮气与液压油混合物及压力，其中该氮气与液压油的体积比为100:2，就是当储气瓶A内存储有100升的氮气时，就加入2升的液压油进行混合成混合气体，采用氮气中加入液压油可以使得活塞3和活塞杆4在缸体1内移动时，由于缸体1的内壁与润滑油之间的摩擦及润滑油的液体分子间的内摩擦便形成阻尼力，从而可以使得混合气体在推动活塞3和活塞杆4的时候更容易。

把氮气压力的压力大小来调整气缸的推力来配合平衡的重量。

其中该储气瓶内还可以存储氮气：纳米铜粉：32#的液压油的体积比为 99:0.5:0.5，采用这种混合气体可以让平衡气缸运行更平稳更耐磨。

主阀B：此阀控制混合气体从储气瓶A流到平衡气缸I的开关，并连接压力表D、压力开关C、针阀E。

压力开关C：当\

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