[发明专利]一种气体平衡装置

说明书

本发明公开了一种气体平衡装置，包括气体平衡器和安装连接部件；气体平衡器包括缸筒组件、活塞组件、密封组件和润滑剂；缸筒组件包括缸筒，活塞组件包括活塞杆和活塞，活塞的外表面上套设有导向辅助支撑；密封组件密封设置在沉头孔内且密封组件内设有供导向主支撑；润滑剂填充于活塞朝向第一端部的端面的外缘、活塞下限位面的外缘及导向主支撑位置；安装连接部件安装在第二端部上且用于与需要平衡自重的部件连接；惰性气体给活塞杆的推力与需要平衡自重的部件的所有零部件的自重相抵。导向辅助支撑和导向主支撑形成多点支撑，提高稳定性；利用缸筒内的可压缩的一定压强的气体施加于活塞杆上的推力输出，来平衡因自重有下降运动趋势的自重。

技术领域

本发明涉及平衡装置，具体地涉及一种适合于在机械领域中消除由于自身重量导致的下降运动趋势的气体平衡装置。

背景技术

在机械领域中，对于由于自身重量导致有下降运动趋势的场合，一般都推荐采取平衡措施来抵消掉这部分自重。例如，立式加工中心的Z轴、卧式加工中心的Y轴。如果不采取平衡措施，这个自重将全部作用到导轨副和丝杠副上，丝杠副螺母将承担全部自重，导轨副也将承受这个自重带来的较大的翻转力矩，这对导轨副和丝杠副的使用都是较大的负面作用，不仅精度难以保持，寿命也大幅缩短；同时，立式加工中如果驱动Z轴向上运动，就需要更大的驱动功率才行。

传统的平衡装置，主要有平衡块、气缸、油缸等方式；后来有气体平衡装置，如Pascal公司推出的氮气平衡器。气体平衡装置相较于平衡块、气缸、油缸等传统平衡装置，有其独特的优势，以后的应用会越来越多。

气体平衡装置，其实质就是气体弹簧。缸体上端盖安装有充气用的单向阀，下端盖加工有容纳活塞杆的孔，该孔上加工或装配有用于支撑活塞杆的导向部位或部件，同时孔内加工出安装密封件的沟槽，活塞杆通过导向部位或部件插入到缸筒内部，密封件和活塞杆配合，以及充气单向阀一起，缸筒内部形成一个封闭空间。当往这个封闭空间充入一定压力的气体（通常为惰性气体，例如氮气）时，压力气体作用到活塞杆端面上迫使活塞杆向外伸出或伸出的趋势；由于活塞杆径向与缸筒内壁之间有一定距离，因此活塞杆向外伸出或伸出的趋势将输出一个推力（单位：N）就是气体压强（单位：MPa）与活塞杆截面积（单位：mm²）的乘积。我们就用这个输出推力来平衡需要平衡掉的那部分自重。缸筒直径与输出力无关，但会影响到充入气体的压强变化：假设活塞杆伸出到极限位置时，缸筒内充入气体的压强为P0，此时活塞杆的输出力为F0；当活塞杆缩回占据了缸筒内的空间时，缸筒内气体的压强会上升为P1，此时活塞杆的输出力为F1也必然会大于F0；如果我们希望F1和F0的差值越小越好，那么也就需要缸筒的内径比活塞杆直径大得越多越好。

虽然现在气体平衡装置已经是成熟产品，具有诸多优点。但在运用中，发现其也存在一些弊端，例如：稳定性不足，尤其随着导向部件的磨损，稳定性越来越差；使用寿命较短且维护性差。还有不少气体平衡器的活塞杆伸出到远端时由于偏摆过大导致整个平衡装置失效的情形，制造商认为已达设计使用寿命需要整体更换；一般的这种平衡缸的设计最高运行速度为60米/分钟（如Pascal氮气平衡器），但现在直线电机运用越来越广泛，基本上这类直线电机在设备上的应用最高速度都可达120米/分钟（直线电机速度可以更高，但受限于一般导轨副允许的最高运行速度为120米/分钟），虽然直线电机没有丝杠副，但平衡装置对导轨副的受力状态可以很好地进行改善，同时也可以选择更小功率的电机。现在的气体平衡器就无法满足这类高速的需求。基于上述几点原因，申请人认为非常有必要研发一款更稳定、寿命更长、更易维护、适应更高速度的气体平衡装置。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明目的是：提供一种气体平衡装置，更稳定、寿命更长、更易维护、适应更高速度。

本发明的技术方案是：

本发明提供的目的在于提供一种气体平衡装置，包括气体平衡器和安装连接部件；