ПНЕВМОЦИЛИНДР Российский патент 2003 года по МПК F15B15/14 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к исполнительным устройствам, преобразующим энергию сжатых газов (воздуха) в прямолинейное движение.

Пневмоцилинры широко используются для перемещения рабочих органов в грузоподъемных механизмах, автоматах, поточных линиях, летательных аппаратах и т.п.

Известен пневмоцилиндр, содержащий корпус, торцевые крышки с отверстиями подвода и отвода рабочей среды, поршень с уплотнительными элементами, размещенный в корпусе с образованием рабочих полостей, шток, связанный с поршнем, демпфирующие кольца, соосно установленные на торцевых поверхностях поршня и стяжные шпильки (А.С. СССР 1546733, кл. F 15 В 15/14, от 15.02.88 г.).

Известное устройство не отличается надежностью, так как точки приложения стягивающих усилий, развиваемых стяжными шпильками, находятся за пределами площади опоры гильзы и торцевых крышек, а неравномерность затяжки шпилек приводит к перекосу гильзы относительно торцевых крышек, что нарушает их соосность.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому является пневмоцилиндр, содержащий рабочий шток с поршнем, установленные в сборном корпусе, включающем цилиндрическую гильзу и торцевые крышки, каждая из которых имеет отверстие под штуцер для подвода или отвода рабочей среды, внутри одной из торцевых крышек установлена направляющая втулка для перемещения штока, каждая торцевая крышка со стороны крепления гильзы снабжена центрирующим выступом, внешняя поверхность которого имеет форму усеченого конуса, диаметр основания которого больше внутреннего диамтра гильзы (Патент DE 4025701 А, кл. F 16 J 10/02, 14.03.91 г.).

Недостатком прототипа является сложность конструкции из-за необходимости формирования резьбовых соединений и использования прокладочных колец, что удорожает изделие.

Кроме того, резьбовые соединения торцевых крышек с цилиндром (гильзой) не обеспечивают достаточно высокой точности (соосности) и требуют дорогостоящей механической обработки, а при больших нагрузках подвержены потере жесткости и целостности, что снижает надежность устройства.

Техническим результатом является упрощение и удешевление конструкции и повышение надежности.

Достигается это тем, что в пневмоцилиндре, содержащем рабочий шток с поршнем, установленные в сборном корпусе, включающем цилиндрическую гильзу и торцевые крышки, каждая из которых имеет отверстие под штуцер для подвода или отвода рабочей среды, внутри одной из торцевых крышек установлена направляющая втулка для перемещения штока, каждая торцевая крышка со стороны крепления гильзы снабжена центрирующим выступом, внешняя поверхность которого имеет форму усеченного конуса, диаметр основания которого больше внутреннего диаметра гильзы, согласно изобретению на внешней поверхности гильзы с обоих ее концов выполнены кольцевые канавки, внешняя поверхность направляющей втулки выполнена в форме усеченного конуса, каждая торцевая крышка со стороны крепления гильзы снабжена кольцевым выступом, завальцованным в соответствующую кольцевую канавку гильзы, кроме того отверстие под штуцер в каждой торцевой крышке выполнено коническим, а штуцер выполнен в виде усеченного конуса с углом между образующими его осевого сечения равным углу между образующими осевого сечения конического отверстия, а также кольцевые канавки гильзы имеют прямоугольное или трапециевидное сечение, а глубина их не превышает половины толщины стенки гильзы.

Сущность изобретения заключается в том, что выполнение пневмоцилиндра вышеописанным образом позволяет изготавливать элементы корпуса литьевым способом без использования механической обработки.

Сопряжение торцевых крышек с гильзой с помощью центрирующего выступа конической формы обеспечивает точность и прочность сопряжения, герметичность конструкции, а завальцованный кольцевой выступ в кольцевую канавку гильзы повышает надежность крепления.

На фиг.1 представлен общий вид пневмоцилиндра в разрезе, на фиг.2 - конструкция торцевой крышки с направляющей втулкой и штуцером, на фиг.3 - конструкция глухой торцевой крышки со штуцером, на фиг.4 - конструкция гильзы с кольцевыми канавками и фланцем, на фиг.5- конструкция разборного и неразборного соединений гильзы с торцевыми крышками.

Пневмоцилиндр содержит цилиндрическую гильзу 1 в виде трубы постоянного сечения, две торцевые крышки 2 и 3, в отверстие каждой из которых установлен соответствующий штуцер 4 и 5 для подачи сжатого воздуха и демпфирующие дроссельные устройства (на чертеже не показаны). В торцевой крышке 2 установлена направляющая втулка 6, в которой перемещается шток 7, один конец которого соединен с поршнем 8, размещенным в гильзе 1, а второй конец имеет средства 9 для соединения с объектом перемещения. Торцевая крышка 3 выполнена глухой и снабжена кольцевым выступом 10, а центрирующие выступы 11, 12, входящие внутрь гильзы 1, имеют форму усеченного конуса, размеры которого обеспечивают гарантированный натяг в сопряжении торцевых крышек с гильзой 1.

Гильза 1 на концах на некотором расстоянии от торцев имеет кольцевые канавки 13, 14 прямоугольного или трапециевидного сечения, в которые при соединении с крышками завальцовываются упомянутые кольцевые выступы так, что гильза своими торцами плотно соприкасается с корпусами крышек, образуя жесткое неподвижное соединение. Базовые поверхности штуцеров 4, 5, демпфирующих устройств и направляющей втулки 6 имеют форму усеченного конуса и установлены в крышки пневмоцилиндра в соответствующие конические отверстия. Сальники 15, 16, 17 и запирающие их металлические кольца 18, 19, 20 установлены в углубления, базовые поверхности которых имеют минимальные литьевые уклоны. Как минимум одна торцевая крышка 2 содержит фланец 21, который прикреплен к ней для обеспечения разборности пневмоцилиндра. Причем отверстие под штуцер 4 и центрирующий выступ 11 расположены в корпусе торцевой крышки 2, а кольцевой выступ 22 - на фланце 21. При этом гильза 1 завальцовывается во фланец 21, снабженный кольцевым выступом 22, который завальцован в канавку 13 гильзы, а фланец 21 со стороны торца гильзы 1 имеет выточку 23, обеспечивающую свободную деформацию конца гильзы при соединении ее с коническим кольцевым выступом 22 торцевой крышки. Фланец 21 крепится к торцевой крышке 2 с помощью болтов 24.

Изготавливают детали пневмоцилиндра следующим образом. Торцевые крышки 2 и 3 получают методом точного литья из алюминиевого сплава. Все внутренние и внешние поверхности заготовки торцевых крышек 2 и 3 имеют коническую форму. При этом конические отверстия под штуцеры 4, 5 и направляющую втулку 6 имеют конусность "2-8" градусов, что несколько меньше "угла трения", угла, при котором сопряженные детали удерживаются силами трения и самопроизвольно не рассоединяются. Конические отверстия под сальники 15, 16, 17 и запирающие металлические кольца 18, 19, 20 делаются с минимальным технологическим уклоном - "0,5" градуса для обеспечения изъятия отлитых деталей из литьевой формы. Кольцевой выступ 10 и крепежные отверстия крышек также отливаются с минимальным уклоном. Кольцевой выступ 10 и конические выступы 11, 12 оформляются в одной полуформе, что обеспечивает большую их соосность. После отливки торцевые крышки 2 и 3 подвергаются галтовке с целью удаления острых заусенцев на границе разъема полуформ. Внешние и базовые конические поверхности торцевых крышек механической обработке не подвергаются.

Гильза 1 нарезается из трубы постоянного сечения, на некотором расстоянии от каждого торца вытачивается кольцевая канавка. Труба изнутри имеет специальное антикоррозионное, антифрикционное, износоустойчивое покрытие и в дальнейшем не обрабатывается.

На одном конце гильзы 1 со стороны канавки 13 устанавливается фланец 21, обеспечивающий разборность конструкции, который жестко соединяется с гильзой 1 путем завальцовки кольцевого выступа 22 в канавку 13.

Направляющая втулка 6 изготавливается методом порошковой металлургии в прессформе и механически не обрабатывается. Благодаря пористой структуре направляющая втулка 6 после пропитки в масле сохраняет смазку в процессе всего срока службы пневмоцилиндра. После запрессовки втулки 6 в торцевую крышку 2 она для надежности зачеканивается в коническом отверстии.

Неподвижное соединение гильзы 1 с торцевой крышкой 3 осуществляется за счет завальцовки кольцевого выступа 10 в канавку 14. При этом под действием осевого усилия гильза 1 перемещается по коническому выступу 10 торцевой крышки 3 до соприкосновения торца гильзы 1 с корпусом торцевой крышки 3. Поскольку больший диаметр конуса всегда несколько больше внутреннего диаметра гильзы 1, образуется неподвижное герметичное соединение. При этом гильза 1 на величину натяга деформируется, обеспечивая в процессе эксплуатации постоянный плотный контакт с торцевой крышкой. Важно также и то, что несмотря на большой разброс базовых размеров гильзы 1 и торцевой крышки в соединении обеспечивается высокая соосность - до нескольких микрон.

При сопряжении фланца 21 с торцевой крышкой 2 гильза 1 также деформируется и образует жесткое, герметичное и точное соединение. Выточка 23 фланца 21 не ограничивает деформации гильзы 1.

Сальники 15, 16 и 17 устанавливают в крышки в конические отверстия, но благодаря малой величине конуса ("0,5" градуса) эти отверстия практически являются цилиндрическими.

Металлические кольца 18, 19 и 20 также устанавливают в конические отверстия, механически не обработанные, и завальцовывают.

Коническая форма выступов торцевых крышек, предназначенных для соединения с гильзой, обеспечивает беззазорное, неподвижное и герметичное соединение с высокой степенью точности (не хуже 0,01 мм), при низких требованиях к точности исполнения отверстия в гильзе и конического выступа в торцевой крышке, а также исключает необходимость использования эластичных колец.

Конусная форма направляющей втулки и базового отверстия в торцевой крышке для ее установки повышает соосность внутреннего отверстия втулки и внутреннего отверстия гильзы за счет того, что конусные поверхности отверстия под втулку и центрирующего выступа под гильзу формуются в одной полуформе литьевой системы, на величину погрешности сопряжения двух полуформ.

Базовые поверхности для установки сальников и запорных колец, имеющие минимальную конусность, не нуждаются в механической обработке.

Кольцевые выступы крышек, с помощью которых осуществляется жесткое соединение гильзы с торцевой крышкой, и канавки на гильзе исключают необходимость использования стяжных шпилек, что уменьшает вес и материалоемкость пневмопривода, а также повышает точность (соосность) соединения.

Фланец для разборного соединения торцевой крышки и гильзы крепится короткими болтами и также не требует использования стяжных шпилек.

Установка штуцеров и демпфирующих устройств в конические отверстия в торцевых крышках исключают механическую обработку торцевых крышек и устраняют недостатки, вызванные этой обработкой, в частности пропитку.

Таким образом, в предложенном изобретении обеспечивается поставленный технический результат.

Изобретение предназначено для перемещения рабочих органов. Пневмоцилиндр содержит рабочий шток с поршнем, установленные в сборном корпусе, включающем цилиндрическую гильзу и торцевые крышки, каждая из которых имеет отверстие под штуцер для подвода или отвода рабочей среды, внутри одной из торцевых крышек установлена направляющая втулка для перемещения штока, каждая торцевая крышка со стороны крепления гильзы снабжена центрирующим выступом, внешняя поверхность которого имеет форму усеченного конуса, диаметр основания которого больше внутреннего диаметра гильзы, при этом на внешней поверхности гильзы с обоих ее концов выполнены кольцевые канавки, внешняя поверхность направляющей втулки выполненга в форме усеченного конуса, каждая торцевая крышка со стороны крепления гильзы снабжена кольцевым выступом, завальцованным в соответствующую кольцевую канавку гильзы. Технический результат - повышение надежности и упрощение конструкции. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Пневмоцилиндр, содержащий рабочий шток с поршнем, установленные в сборном корпусе, включающем цилиндрическую гильзу и торцевые крышки, каждая из которых имеет отверстие под штуцер для подвода или отвода рабочей среды, внутри одной из торцевых крышек установлена направляющая втулка для перемещения штока, каждая торцевая крышка со стороны крепления гильзы снабжена центрирующим выступом, внешняя поверхность которого имеет форму усеченного конуса, диаметр основания которого больше внутреннего диаметра гильзы, отличающийся тем, что на внешней поверхности гильзы с обоих ее концов выполнены кольцевые канавки, внешняя поверхность направляющей втулки выполнена в форме усеченного конуса, каждая торцевая крышка со стороны крепления гильзы снабжена кольцевым выступом, завальцованным в соответствующую кольцевую канавку гильзы. 2. Пневмоцилиндр по п.1, отличающийся тем, что отверстие под штуцер в каждой торцевой крышке выполнено коническим, а штуцер выполнен в виде усеченного конуса с углом между образующими его осевого сечения, равным углу между образующими осевого сечения конического отверстия. 3. Пневмоцилиндр по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцевые канавки гильзы имеют прямоугольное или тропециевидное сечение, а глубина их не превышает половины толщины стенки гильзы.