СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ВАЛА И ГИДРО(ПНЕВМО)УСТРОЙСТВО
SHAFT COUPLING STRUCTURE AND FLUID PRESSURE APPARATUS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к соединительной конструкции вала для взаимного соединения элемента в виде вала и сопряженного элемента. Кроме того, настоящее изобретение относится к гидро(пневмо)устройству.
Уровень техники:
Предпосылки создания изобретения
Примеры устройств, имеющих соединительную конструкцию вала для соединения элемента в виде вала с сопряженным элементом, используемым в комбинации с элементом в виде вала, включают в себя гидро(пневмо)устройство, имеющее поршень. Существуют самые различные формы гидро(пневмо)устройств. Например, гидро(пневмо)цилиндры, имеющие поршень, который перемещается под действием подаваемой текучей среды под давлением, известен как средство транспортировки (исполнительный механизм) для транспортировки обрабатываемой детали и т.п. В большинстве случаев гидро(пневмо)цилиндр включает в себя гильзу цилиндра, поршень, размещенный с возможностью перемещения в осевом направлении внутри гильзы цилиндра, и поршневой шток, соединенный с поршнем (например, см. выложенную заявку на патент Японии, опубликованную под №2014-114874). В этом случае поршневой шток соответствует "элементу в виде вала", а поршень соответствует "сопряженному элементу".
Сущность изобретения
Примеры известной из уровня техники соединительной конструкции вала включают в себя (1) крепление с использованием винтов или болтов, (2) крепление в результате зачеканки (приложения давления) для пластического деформирования элементов конструкции, (3) соединение в результате сваривания и (4) соединение с использованием Т-образных пазов.
В случае соединительной конструкции (1) вала, в которой крепление выполняется с использованием винтов или болтов, требуются инструмент для затягивания винтов или болтов, а также рабочее пространство для выполнения операции затягивания. В случае соединительной конструкции (2) вала, в которой крепление выполняется в результате зачеканки для пластического деформирования элементов конструкции, требуются оборудование и приспособления для выполнения зачеканки элементов конструкции. В случае соединительной конструкции (3), в которой элементы конструкции соединяются друг с другом в результате сваривания, требуется сварочное оборудование. В случае соединительной конструкции (4) вала, в которой соединение элементов конструкции друг с другом выполняется с использованием Т-образных пазов, требуется пространство в поперечном направлении для перемещения элемента в виде вала в направлении боковой поверхности.
Настоящее изобретение было создано с учетом проблем этого типа, и задачей настоящего изобретения является разработка соединительной конструкцией вала и гидро(пневмо)устройства, позволяющих сократить издержки производства и число человеко-часов за счет обеспечения возможности взаимного соединения элемента в виде вала и сопряженного элемента вручную, без использования каких-либо инструментов или оборудования, и сократить пространство, требуемое для выполнения операции сборки.
Для решения поставленной задачи в настоящем изобретении предлагается соединительная конструкция вала для соединения элемента в виде вала с сопряженным элементом, используемым в комбинации с элементом в виде вала. Соединительная конструкция вала включает в себя ограничитель, смонтированный с возможностью относительного поворота на элементе в виде вала и снабженный множеством выступов зацепления, выступающих наружу из ограничителя и размещенных с промежутками в окружном направлении; и множество щелевых канавок, выполненных на окружности в сопряженном элементе. В эти щелевые канавки вставлено множество выступов зацепления. Множество щелевых канавок включает в себя множество впускных канавок, открытых на торцевой поверхности сопряженного элемента и имеющих глубину в осевом направлении, и множество наклонных канавок зацепления, соединенных с множеством впускных канавок и проходящих в направлении с наклоном относительно окружного направления, причем это множество наклонных канавок входит в зацепление с множеством выступов зацепления. Элемент в виде вала и сопряженный элемент соединены друг с другом через ограничитель так, что не могут перемещаться друг относительно друга в осевом направлении.
В соединительной конструкции вала, имеющей вышеупомянутую конструкцию, во время взаимного соединения элемента в виде вала и сопряженного элемента в результате перемещения ограничителя, смонтированного на элементе в виде вала, относительно сопряженного элемента в осевом направлении выступы зацепления ограничителя вставляют во впускные канавки щелевых канавок, сформированных на сопряженном элементе. Дальнейшее принудительное продвижение выступов зацепления во впускные канавки приводит к тому, что за счет направляющего действия наклонных канавок зацепления ограничитель поворачивается внутри сопряженного элемента. Поэтому без использования каких-либо специальных инструментов можно легко соединить элемент в виде вала и сопряженный элемент друг с другом в результате поворота ограничителя относительно сопряженного элемента во время сборки. То есть сборка этой конструкции может быть выполнена без использования каких-либо инструментов. Кроме того, так как соединить элемент в виде вала и выходной элемент друг с другом можно в результате перемещения только в одном направлении, операция сборки может быть выполнена в малогабаритном пространстве. Таким образом, использование соединительной конструкции вала в соответствии с настоящим изобретением позволяет упростить операцию сборки.
В предпочтительном варианте осуществления на внешнем окружном участке элемента в виде вала выполнена кольцевая канавка для монтажа ограничителя, и ограничитель содержит множество ограничительных элементов, разделенных в окружном направлении, и смонтирован в канавке для монтажа ограничителя.
При такой конструкции ограничитель может быть легко смонтирован на внешнем окружном участке элемента в виде вала во время сборки.
В предпочтительном варианте осуществления соединительная конструкция вала дополнительно включает в себя ограничитель поворота, вставленный во множество щелевых канавок так, что не может поворачиваться относительно сопряженного элемента, причем ограничитель поворота предотвращает перемещение множества выступов зацепления в сторону впускных канавок.
Такая конструкция позволяет предотвратить поворот ограничителя после сборки и отсоединение элемента в виде вала от сопряженного элемента и, следовательно, обеспечивает возможность надежного поддержания состояния соединения между элементом в виде вала и сопряженным элементом после сборки.
В предпочтительном варианте осуществления ограничитель поворота включает в себя множество ограничительных выступов, вставленных во множество впускных канавок, причем множество ограничительных выступов обращено к множеству выступов зацепления в окружном направлении.
При такой конструкции в случае поворота ограничителя относительно сопряженного элемента выступы зацепления надежно блокируются ограничительными выступами, что обеспечивает возможность надежного поддержания состояния соединения между элементом в виде вала и сопряженным элементом после сборки.
В предпочтительном варианте осуществления ограничитель поворота включает в себя кольцевое основание, сформированное в виде кольца вокруг элемента в виде вала, и множество ограничительных выступов, выступающих в осевом направлении из кольцевого основания.
При такой конструкции ограничитель поворота представляет собой единый элемент, имеющий кольцевое основание и множество ограничительных выступов, что обеспечивает возможность простого монтажа ограничителя поворота на сопряженном элементе в результате выполнения только одной операции монтажа.
В предпочтительном варианте осуществления множество выступов зацепления располагаются с наклоном вдоль множества наклонных канавок зацепления.
Такая конструкция позволяет уменьшить зазор в осевом направлении между выступом зацепления и наклонной канавкой зацепления.
В предпочтительном варианте осуществления каждый из множества выступов зацепления включает в себя первую поверхность, ориентированную в направлении, в котором элемент в виде вала вставлен в сопряженный элемент, и вторую поверхность, ориентированную в противоположном направлении от первой поверхности, и каждая из множества наклонных канавок зацепления включает в себя наклонную направляющую поверхность, обращенную к первой поверхности, расположенную непараллельно этой поверхности и с наклоном относительно окружного направления.
При такой конструкции между наклонной направляющей поверхностью, прижатым к которой оказывается выступ зацепления, и первой поверхностью выступа зацепления во время сборки возникает разность углов. Поэтому сопротивление трению между выступом зацепления и наклонной направляющей поверхностью уменьшается, и выступ зацепления может быть плавно вставлен в канавку зацепления. Следовательно, ограничитель может быть легко повернут относительно сопряженного элемента, что обеспечивает возможность уменьшения усилия для принудительного продвижения элемента в виде вала в сопряженный элемент и, таким образом, позволяет дополнительно упростить операцию сборки.
В предпочтительном варианте осуществления каждый из множества выступов зацепления включает в себя первую поверхность, ориентированную в направлении, в котором элемент в виде вала вставлен в сопряженный элемент, и вторую поверхность, ориентированную в противоположном направлении от первой поверхности, и каждая из множества наклонных канавок зацепления включает в себя наклонную поверхность, обращенную ко второй поверхности, расположенную параллельно этой поверхности и с наклоном относительно окружного направления.
При такой конструкции площадь контакта между выступом зацепления и наклонной канавкой зацепления на поверхности контакта между элементом в виде вала и сопряженным элементом в направлении взаимного разъединения становится больше, что приводит к увеличению сопротивления трению в направлении выхода выступа зацепления из наклонной канавки зацепления. Таким образом, появляется возможность надежного подавления поворотного движения ограничителя при приложении усилия в направлении разъединения.
В предпочтительном варианте осуществления сопряженный элемент представляет собой тело поршня, установленное с возможностью перемещения в осевом направлении внутри отверстия скольжения, а элемент в виде вала представляет собой поршневой шток, выступающий в осевом направлении из тела поршня.
Такая конструкция позволяет упростить операцию сборки поршневого узла, состоящего из тела поршня и поршневого штока.
В предпочтительном варианте осуществления элемент в виде вала и сопряженный элемент соединены друг с другом с возможностью относительного поворота через ограничитель.
При такой конструкции, независимо от внешней формы тела поршня, шток поршня можно легко поворачивать во время установки гидро(пневмо)устройства, имеющего поршневой узел, в оборудование, что является удобным.
В предпочтительном варианте осуществления элемент в виде вала представляет собой поршневой шток, выступающий из корпуса гидро(пневмо)цилиндра в осевом направлении, направляющий шток поддерживается с возможностью скольжения корпусом вдоль оси поршневого штока, а сопряженный элемента представляет собой, выходной элемент, соединенный с поршневым штоком снаружи от корпуса и соединенный с направляющим штоком.
При такой конструкции в процессе сборки выходной элемент и поршневой шток могут быть легко соединены друг с другом без использования каких-либо специальных инструментов или оборудования. Кроме того, в отличие от случая соединения с помощью болтов, выходной элемент и поршневой шток соединяются друг с другом в состоянии, при котором выходной элемент и поршневой шток имеют некоторый зазор в радиальном направлении поршневого штока (в плавающем состоянии в радиальном направлении), и поэтому выходной элемент и поршневой шток автоматически центрируются друг с другом. Поэтому никакого приспособления для центрирования не требуется, и число человек-часов может быть сокращено. Следовательно, можно упростить процесс сборки цилиндра с направляющими, имеющего поршневой шток и выходной элемент.
Кроме того, в настоящем изобретении предлагается гидро(пневмо)устройство, включающее в себя поршневой шток и сопряженный элемент, соединенный с поршневым штоком. Кроме того, гидро(пневмо)устройство включает в себя ограничитель смонтированный с возможностью относительного поворота на поршневом штоке и снабженный множеством выступов зацепления, выступающих наружу из ограничителя и размещенных с промежутками в окружном направлении, и множество щелевых канавок, выполненных на окружности в сопряженном элементе. В эти щелевые канавки вставлено множество выступов зацепления. Множество щелевых канавок включает в себя множество впускных канавок, открытых на торцевой поверхности сопряженного элемента и имеющих глубину в осевом направлении, и множестве наклонных канавок зацепления, соединенных с множеством впускных канавок и проходящих в направлении с наклоном относительно окружного направления, причем это множество наклонных канавок зацепления входит в зацепление с множеством выступов зацепления. Поршневой шток и сопряженный элемент соединены друг с другом через ограничитель так, что не могут перемещаться друг относительно друга в осевом направлении.
В предпочтительном варианте осуществления гидро(пневмо)устройство выполнено в виде гидро(пневмо)цилиндра, клапанного устройства, цилиндра для измерения длины, стола скольжения или зажимного устройства.
За счет обеспечения возможности взаимного соединения элемента в виде вала и сопряженного элемент вручную, без использования каких-либо инструментов или оборудования соединительная конструкции вала и гидро(пневмо)устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяют сократить издержки производства и число человеко-часов и уменьшить пространство, требуемое для выполнения операции сборки.
Указанные выше задачи, возможности и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из приводимого ниже подробного описания, сопровождаемого ссылками на прилагаемые чертежи, на которых предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения иллюстрируются примерами.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в разрезе гидро(пневмо)цилиндра, имеющего соединительную конструкцию вала в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - вид в перспективе поршневого узла;
Фиг. 3 - вид в перспективе поршневого узла в разобранном состоянии;
Фиг. 4 - схематический вид щелевых канавок и выступов зацепления в состоянии взаимного зацепления;
Фиг. 5 - первый пояснительный вид, иллюстрирующий способ сборки поршневого узла;
Фиг. 6 - второй пояснительный вид, иллюстрирующий способ сборки поршневого узла;
Фиг. 7 - третий пояснительный вид, иллюстрирующий способ сборки поршневого узла;
Фиг. 8 - четвертый пояснительный вид, иллюстрирующий способ сборки поршневого узла;
Фиг. 9 - вид в разрезе, иллюстрирующий гидро(пневмо)цилиндр, имеющий соединительную конструкцию вала в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения; и
Фиг. 10 - вид в перспективе гидро(пневмо)цилиндра, показанного на фиг. 9, в разобранном состоянии.
Описание вариантов осуществления
Ниже со ссылками на прилагаемые чертежи приводится описание соединительной конструкция вала и гидро(пневмо)устройства в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения.
Гидро(пневмо)цилиндр 10А, показанный в качестве примера гидро(пневмо)устройства на фиг. 1, включает в себя полую гильзу 12 цилиндра (корпус), крышку 14 головки, размещенную на одном торцевом участке гильзы 12 цилиндра, крышку 16 штока, размещенную на другом торцевом участке гильзы 12 цилиндра, и поршневой узел 17, размещенный с возможностью перемещения назад и вперед (с возможностью возвратно-поступательного движения) в осевом направлении гильзы 12 цилиндра.
Поршневой узел 17 включает в себя поршневой элемент 20, размещенный внутри гильзы 12 цилиндра с возможностью перемещения в осевом направлении, указанном стрелкой X, и поршневой шток 22, соединенный с поршневым элементом 20. Гидро(пневмо)цилиндр 10А используется, например, в качестве исполнительного механизма для транспортировки обрабатываемой детали или т.п.
Гильза 12 цилиндра представляет собой, например, трубчатый элемент, выполненный из металла, такого как алюминиевый сплав, и проходящий в осевом направлении. В варианте осуществления настоящего изобретения гильза 12 цилиндра выполнена в форме полого цилиндра. Гильза 12 цилиндра включает в себя первый порт 12а, выполненный на одном торцевом участке в осевом направлении, указанном стрелкой Х2, второй порт 12b, выполненный на другом торцевом участке в осевом направлении, указанном стрелкой X1, и отверстие 13 скольжения (камеру цилиндра), сообщающееся с первым портом 12а и вторым портом 12b.
Крышка 14 головки представляет собой, например, элемент пластинчатой формы, выполненный из такого же металла, как и гильза 12 цилиндра. Крышка 14 головки закрывает один торцевой участок гильзы 12 цилиндра (торцевой участок в направлении, указанном стрелкой Х2). Крышка 14 головки закрывает один торцевой участок гильзы 12 цилиндра так, что обеспечивает воздухонепроницаемость этого торцевого участка.
Крышка 16 штока представляет собой, например, круглый кольцевой элемент, выполненный из такого же металла, как и гильза 12 цилиндра. Крышка 16 штока закрывает другой торцевой участок гильзы 12 цилиндра (торцевой участок в направлении, указанном стрелкой X1). На внешнем окружном участке крышки 16 штока смонтирован внешний уплотнительный элемент 24. Внешний уплотнительный элемент 24 выполнен из эластичного материала и предназначен для обеспечения уплотнения между внешней окружной поверхностью крышки 16 штока и внутренней окружной поверхностью отверстия 13 скольжения.
На внутреннем окружном участке крышки 16 штока смонтирован внутренний уплотнительный элемент 26. Внутренний уплотнительный элемент 26 выполнен из эластичного материала и предназначен для обеспечения уплотнения между внутренней окружной поверхностью крышки 16 штока и внешней окружной поверхностью поршневого штока 22. Крышка 16 штока блокирована ограничителем 28, закрепленным на внутреннем окружном участке гильзы 12 цилиндра со стороны другого торца.
Поршневой элемент 20 располагается с возможностью скольжения в осевом направлении внутри гильзы 12 цилиндра (в отверстии 13 скольжения). Поршневой элемент 20 разделяет полость внутри отверстия 13 скольжения на первую камеру 13а давления со стороны первого порта 12а и вторую камеру 13b давления со стороны второго порта 12b. В рассматриваемом варианте осуществления поршневой элемент 20 соединен с проксимальным торцевым участком 22а поршневого штока 22.
Поршневой элемент 20 представляет собой кольцевой элемент, выступающий в радиальном направлении наружу из проксимального торцевого участка 22а поршневого штока 22. Внешний диаметр поршневого элемента 20 превышает внешний диаметр поршневого штока 22. Как показано на фиг. 1 и 3, через центр поршневого элемента 20 в осевом направлении проходит сквозное отверстие 20а. На внешнем окружном участке поршневого элемента 20с промежутком в осевом направлении выполнены кольцевая канавка 20b для монтажа уплотнения и кольцевая канавка 20с для монтажа магнита.
Поршневой элемент 20 выполнен из твердого пластика. Например, поршневой элемент 20 может быть получен в результате литья под давлением. Материал поршневого элемента 20 не ограничивается пластиком. Например, поршневой элемент 20 может быть выполнен из металла, такого как углеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминиевый сплав и т.п.
Как показано на фиг. 1 и 2, в канавке 20b для монтажа уплотнения смонтировано уплотнение 30. Уплотнение 30 представляет собой упругий кольцевой уплотнительный элемент (например, кольцевой уплотнитель). Материал уплотнения 30 включает в себя эластичные материалы, такие как резина, эластомер и т.п. По всей своей окружности уплотнение 30 приведено в плотный контакт с внутренней окружной поверхностью отверстия 13 скольжения и канавкой 20b для монтажа уплотнения, обеспечивающий воздухонепроницаемость или непроницаемость для жидкости. Уплотнение 30 уплотняет зазор между внешней окружной поверхностью поршневого элемента 20 и внутренней окружной поверхностью отверстия 13 скольжения и разделяет полость внутри отверстия 13 скольжения на первую камеру 13а давления и вторую камеру 13b давления так, что обеспечивается взаимная воздухонепроницаемость этих камер или их непроницаемость для жидкости.
В канавке 20с для монтажа магнита смонтирован круглый кольцеобразный магнит 38. Магнит 38 представляет собой пластиковый магнит с возможностью упругого деформирования. Как показано на фиг. 3, на участке в окружном направлении магнит 38 имеет прорезь 38а (вырез). При такой конструкции за счет упругой деформации при монтаже магнит 38 может быть легко смонтирован в канавку 20с для монтажа магнита.
На внешней поверхности гильзы 12 цилиндра, показанной на фиг. 1, в положениях, соответствующих обоим концам участка хода поршневого элемента 20, закреплены магнитные датчики (непоказанные). Магнитные датчики реагируют на магнитное поле, генерируемое магнитом 38, и, таким образом, обнаруживают положение поршневого элемента 20 в процессе работы.
Поршневой шток 22 представляет собой столбчатый (цилиндрический) элемент, проходящий в осевом направлении отверстия 13 скольжения. Поршневой шток 22 проходит через крышку 16 штока. Дистальный торцевой участок 22b поршневого штока 22 выведен из отверстия 13 скольжения наружу. Примеры материалов поршневого штока 22 включают в себя металл, такой как углеродистая сталь, нержавеющая сталь и алюминиевый сплав, а также твердый пластик и т.п.
На внутреннем окружном участке поршневого элемента 20 размещен торцевой демпфер 40. Торцевой демпфер 40 выполнен, например, из эластичного материала, такого как резина, эластомер и т.п. (уретановый каучук и т.п.). Торцевой демпфер 40 ослабляет силу удара, возникающего когда поршневой элемент 20 достигает конца участка своего хода со стороны крышки 14 головки. Торцевой демпфер 40 удерживается между поршневым элементом 20 и поршневым штоком 22. Торцевой демпфер 40 выступает из круглого сквозного отверстия 20а, выполненного в центре поршневого элемента 20, в сторону крышки 14 головки (в направлении, указанном стрелкой Х2).
Торцевой демпфер 40 имеет цилиндрическую форму (или форму диска). На торцевом участке торцевого демпфера 40 со стороны поршневого штока 22 выполнен кольцевой фланец 40а, выступающий в радиальном направлении наружу. Торцевой демпфер 40 приведен в плотный контакт с внутренним окружным участком поршневого элемента 20 и торцевой поверхностью 22с поршневого штока 22, обеспечивающий воздухонепроницаемость или непроницаемость для жидкости между поршневым элементом 20 и поршневым штоком 22.
Поршневой узел 17 включает в себя соединительную конструкцию 45А вала, обеспечивающую соединение поршневого штока 22 в качестве элемента в виде вала с поршневым элементом 20 в качестве сопряженного элемента. Как показано на фиг. 1 и 3, соединительная конструкция 45А вала включает в себя ограничитель 48, смонтированный с возможностью относительного поворота на поршневом штоке 22, множество (в рассматриваемом примере - четыре) щелевых канавок 50, выполненных в поршневом элементе 20, и ограничитель 54 поворота, вставленный в щелевые канавки 50.
На внешнем окружном участке поршневого штока 22 выполнена канавка 23 для монтажа ограничителя, проходящая в окружном направлении. В канавке 23 для монтажа ограничителя смонтирован ограничитель 48. Ограничитель 48 включает в себя множество выступов 49 зацепления, выступающих в радиальном направлении наружу с промежутками в окружном направлении. Выступы 49 зацепления размещены с равными промежутками друг от друга
Ограничитель 48 состоит из множество (на фиг. 3 - двух) ограничительных элементов 48а, разделенных в окружном направлении. Ограничитель 48 имеет кольцевую форму, образованную за счет объединения множества ограничительных элементов 48а. Размещение ограничителя 48 во вставленном в щелевые канавки 50 состоянии предотвращает выпадение ограничителя 48 из канавки 23 для монтажа ограничителя.
В частности, каждый из ограничительных элементов 48а включает в себя дугообразное основание 48b полукруглой формы. Дугообразное основание 48b вставлено в канавку 23 для монтажа ограничителя. На каждом дугообразном основании 48b выполнено множество выступов 49 зацепления, образующих одно целое с каждым дугообразным основанием 48b. Каждое дугообразное основание 48b может быть снабжено одним выступом 49 зацепления.
Выступы 49 зацепления располагаются с наклоном относительно окружного направления. В частности, выступы 49 зацепления располагаются с наклоном вдоль наклонных канавок 60 зацепления, описываемых ниже. Как показано на то, фиг. 4, выступ 49 зацепления имеет первую поверхность 49а, ориентированную в направлении, в котором поршневой шток 22 вставлен в поршневой элемент 20, вторую поверхность 49b, ориентированную в противоположном направлении от первой поверхности 49а, и две боковых поверхности 49с, формирующие обе торцевых поверхности выступа 49 зацепления в окружном направлении. Первая поверхность 49а и вторая поверхность 49b располагаются с наклоном относительно окружного направления. Эти две боковых поверхности 49с располагаются параллельно оси ограничителя 48.
Поршневой шток 22 и поршневой элемент 20 соединены друг с другом через ограничитель 48 так, что не могут перемещаться друг относительно друга в осевом направлении. Ограничитель 48 выполнен из твердого материала, например, из того же материала, что и поршневой шток 22, описанный выше.
Как показано на фиг. 3, множество щелевых канавок 50 размещено во внутренней окружной части кольцевого поршневого элемента 20 с равными промежутками по окружности вокруг оси поршневого элемента 20. Во множество щелевых канавок 50 вставлено множество соответствующих выступов 49 зацепления. Эти щелевые канавки 50 имеют одну и ту же форму. Каждая из щелевых канавок 50 включает в себя впускную канавку 56, открытую на торцевой поверхности 20d поршневого элемента 20 и имеющую глубину в осевом направлении, и дополнительно включает в себя наклонную канавку 60 зацепления, сообщающуюся с впускной канавкой 56.
Во впускную канавку 56 может быть вставлен выступ 49 зацепления ограничителя 48. Как показано на фиг. 4, выступ 49 зацепления ограничителя 48 вставлен в наклонную канавку 60 зацепления. Таким образом, выступ 49 зацепления входит в зацепление с наклонной канавкой 60 зацепления. Наклонная канавка 60 зацепления проходит в направлении с наклоном относительно окружного направления. То есть наклонная канавка 60 зацепления проходит по спирали вокруг оси поршневого элемента 20. Наклонная канавка 60 зацепления включает в себя наклонную направляющую поверхность 60а, располагающуюся с наклоном относительно окружного направления, и наклонную поверхность 60b, располагающуюся также с наклоном относительно окружного направления.
Наклонная направляющая поверхность 60а обращена к первой поверхности 49а выступа 49 зацепления и расположена непараллельно этой поверхности. Наклонная направляющая поверхность 60а примыкает к внутренней поверхности 56а стенки впускной канавки 56 на самом глубоком участке этой канавки. Внутренняя поверхность 56а стенки располагается с наклоном относительно окружного направления так, что внутренняя поверхность 56а стенки и наклонная направляющая поверхность 60а соединяются друг с другом. Между наклонной направляющей поверхностью 60а и первой поверхностью 49а образован зазор, размер которого в осевом направлении увеличивается в сторону впускной канавки 56. Наклонная поверхность 60b обращена ко второй поверхности 49b выступа 49 зацепления и расположена параллельно этой второй поверхности 49b выступа 49 зацепления.
Ограничитель 54 поворота вставлен во множество щелевых канавок 50 так, что не может поворачиваться относительно поршневого элемента 20. Ограничитель 54 поворота предотвращает перемещение выступов 49 зацепления в сторону впускных канавок 56. Как показано на фиг. 3, ограничитель 54 поворота включает в себя кольцевое основание 54а, сформированное в виде кольца вокруг поршневого штока 22, и множество (в рассматриваемом варианте осуществления - четыре) ограничительных выступов 54b, выступающих в осевом направлении в сторону поршневого элемента 20 из кольцевого основания 54а. Ограничительные выступы 54b вставлены во впускные канавки 56. Кольцевое основание 54а и ограничительные выступы 54b выполнены как одно целое.
Как показано на фиг. 4, в окружном направлении ограничительный выступ 54b обращен к выступу 49 зацепления. В частности, боковая поверхность 54b1 ограничительного выступа 54b располагается параллельно оси ограничителя 54 поворота, и обращена к боковой поверхности 49с выступа 49 зацепления. Боковая поверхность 54b1 ограничительного выступа 54b и боковая поверхность 49с выступа 49 зацепления располагаются параллельно друг другу.
В собранном состоянии поршневого узла 17 ограничитель 48 смонтирован в канавке 23 для монтажа ограничителя на поршневом штоке 22, а выступы 49 зацепления ограничителя 48 приведены в зацепление с наклонными канавками 60 зацепления на поршневом элементе 20. Таким образом, поршневой элемент 20 и поршневой шток 22 соединены в состоянии, обеспечивающем предотвращение относительного перемещения в осевом направлении. Следовательно, усилие отжатая поршневого элемента 20 под действием давления текучей среды хорошо передается на поршневой шток 22.
В собранном состоянии поршневого узла 17 ограничитель 48 приведен в зацепление с щелевыми канавками 50 поршневого элемента 20, а ограничитель 48 может поворачиваться относительно поршневого штока 22. Следовательно, через ограничитель 48 поршневой элемент 20 и поршневой шток 22 соединены друг с другом с возможностью относительного поворота вокруг оси поршневого элемента 20.
Как показано на фиг. 1, в состоянии когда ограничитель 54 поворота смонтирован на поршневом элементе 20, ограничитель 54 поворота выступает из поршневого элемента 20 в сторону крышки 16 штока. Ограничитель 54 поворота выполнен, например, из эластичного материала, такого как резина, эластомер и т.п. (уретановый каучук и т.п.), а также служит в качестве внешнего демпфера 55 для ослабления силы удара, возникающего когда поршневой элемент 20 достигает конца участка своего хода со стороны крышки 16 штока.
В гидро(пневмо)цилиндре 10А может быть предусмотрен внешний демпфер 55 в виде комплектующей детали, отличной от ограничителя 48. В гидро(пневмо)цилиндре 10А торцевой демпфер 40 может отсутствовать.
Ниже приводится описание примера способа сборки поршневого узла 17, имеющего описанную выше конструкцию.
Прежде всего, как показано на фиг. 5, торцевой демпфер 40 монтируют в сквозном отверстии 20а поршневого элемента 20, а ограничитель 48 (множество ограничительных элементов 48а) монтируют в канавке 23 для монтажа ограничителя на поршневом штоке 22. Далее, как показано на фиг.6, поршневой шток 22 перемещают в сторону поршневого элемента 20, выступы 49 зацепления ограничителя 48 совмещают с соответствующими щелевыми канавками 50 (с соответствующими впускными канавками 56) поршневого элемента 20 и вставляют в эти канавки. При этом выступы 49 зацепления приводятся в контакт с внутренними поверхностями 56а стенок впускных канавок 56 на самом глубоком участке этих канавок (см. фиг. 4).
Дальнейшее принудительное продвижение поршневого штока 22 в осевом направлении в поршневой элемент 20 приводит к тому, что, как показано на фиг. 7, за счет направления выступов 49 зацепления на ограничителе 48 по наклонным канавкам 60 зацепления ограничитель 48 поворачивается относительно поршневого элемента 20. При этом выступы 49 зацепления направляются по внутренним поверхностям 56а стенок впускных канавок 56 и наклонным направляющим поверхностям 60а наклонных канавок 60 зацепления (см. фиг. 4) и перемещаются внутри наклонных канавок 60 зацепления. Когда выступы 49 зацепления достигают самого глубокого участка наклонных канавок 60 зацепления, поворот ограничителя 48 прекращается.
Затем, как показано на фиг. 8, в результате перемещения ограничителя 54 поворота в осевом направлении вдоль поршневого штока 22 ограничитель 54 поворота монтируют в щелевых канавках 50 поршневого элемента 20. В частности, множество ограничительных выступов 54b ограничителя 54 поворота вставляется во впускные канавки 56 множества щелевых канавок 50. Таким образом, как показано на фиг. 4, ограничительные выступы 54b вставляются в соответствующие впускные канавки 56, и ограничительные выступы 54b оказываются размещенными с примыканием в окружном направлении к выступам 49 зацепления.
Затем, как показано на фиг. 2, на поршневом элементе 20 монтируют уплотнение 30 и магнит 38. При этом уплотнение 30 и магнит 38 могут быть смонтированы на поршневом элементе 20 перед взаимным соединением поршневого элемента 20 и поршневого штока 22.
Таким образом, получают поршневой узел 17, находящийся в состоянии, показанном на фиг. 1 и 2.
Ниже приводится описание принципа действия гидро(пневмо)цилиндра 10А, показанного на фиг. 1, имеющего описанную выше конструкцию.
В гидро(пневмо)цилиндре 10А под действием текучей среды под давлением (например, сжатого воздуха), подаваемой через первый порт 12а или второй порт 12b, поршневой элемент 20 перемещается в осевом направлении внутри отверстия 13 скольжения. Таким образом, поршневой шток 22, соединенный с поршневым элементом 20, перемещается вперед - назад.
В частности, для перемещения поршневого элемента 20 в сторону крышки 16 штока (для выдвижения поршневого элемента 20) второй порт 12b открывается в атмосферу и текучая среда под давлением подается от источника текучей среды под давлением (непоказанного) в первую камеру 13а давления через первый порт 12а. Таким образом, под действием текучей среды под давлением поршневой элемент 20 отжимается в сторону крышки 16 штока. В результате поршневой элемент 20 перемещается в сторону крышки 16 штока (выдвигается) вместе с поршневым штоком 22.
При этом, когда внешний демпфер 55 приводится в контакт с торцевой поверхностью крышки 16 штока, выдвижение поршневого элемента 20 прекращается. В этом случае внешний демпфер 55, выполненный из эластичного материала, позволяет избежать непосредственного контакта между поршневым элементом 20 и крышкой 16 штока. Таким образом, обеспечивается возможность эффективного предотвращения или ослабления силы удара и ударного шума, возникающего когда поршневой элемент 20 достигает выдвинутого положения (конца участка своего хода со стороны крышки 16 штока).
В то же время для перемещения поршневого элемента 20 в сторону крышки 14 головки (для втягивания поршневого элемента 20) первый порт 12а открывается в атмосферу и текучая среда под давлением подается от источника текучей среды под давлением (непоказанного) во вторую камеру 13b давления через второй порт 12b. В результате под действием текучей среды под давлением поршневой элемент 20 отжимается в сторону крышки 14 головки. Таким образом, поршневой элемент 20 перемещается в сторону крышки 14 головки.
При этом, когда торцевой демпфер 40 приводится в контакт с крышкой 14 головки, втягивание поршневого элемента 20 прекращается. В этом случае торцевой демпфер 40, выполненный из эластичного материала, позволяет предотвратить непосредственный контакт между поршневым элементом 20 и крышкой 14 головки. Таким образом, обеспечивается возможность эффективного предотвращения или ослабления силы удара и ударного шума, возникающего когда поршневой элемент 20 достигает втянутого положения (конца участка своего хода со стороны крышки 14 головки).
В этом случае соединительная конструкция 45А вала и гидро(пневмо)устройство (гидро(пневмо)цилиндр 10А) в соответствии с первым вариантом осуществления имеют следующие полезные эффекты.
В соединительной конструкции 45А вала, имеющей описанную выше конструкцию, соединить поршневой шток 22, представляющий собой элемент в виде вала, с поршневым элементом 20, представляющим собой сопряженный элемент, можно в результате простого перемещения ограничителя 48, смонтированного на поршневом штоке 22, в одном направлении относительно поршневого элемента 20 в процессе сборки. То есть в результате перемещения ограничителя 48, смонтированного на поршневом штоке 22, в осевом направлении относительно поршневого элемента 20 выступы 49 зацепления ограничителя 48 вставляются во впускные канавки 56 щелевых канавок 50, сформированных на поршневом элементе 20. Дальнейшее принудительное продвижение выступов 49 зацепления во впускные канавки 56 приводит к тому, что за счет направляющего действия наклонных канавок 60 зацепления ограничитель 48 поворачивается внутри поршневого элемент 20. Поэтому без использования каких-либо специальных инструментов можно легко соединить поршневой элемент 20 и поршневой шток 22 друг с другом в результате поворота ограничителя 48 относительно поршневого элемента 20 во время сборки. То есть сборка этой конструкции может быть выполнена без использования каких-либо инструментов. Следовательно, использование соединительной конструкции 45А вала позволяет упростить операцию сборки.
На внешнем окружном участке поршневого штока 22 выполнена кольцевая канавка 23 для монтажа ограничителя. Ограничитель 48 содержит множество ограничительных элементов 48а, разделенных в окружном направлении. Ограничитель 48 смонтирован в канавке 23 для монтажа ограничителя. При такой конструкции ограничитель 48 может быть легко смонтирован на внешнем окружном участке поршневого штока 22.
Ограничитель 54 поворота вставлен во множество щелевых канавок 50 так, что не может поворачиваться относительно поршневого элемента 20. Ограничитель 54 поворота предотвращает перемещение выступов 49 зацепления в сторону впускных канавок 56. Такая конструкция позволяет предотвратить поворот ограничителя после сборки и отсоединение поршневого штока 22 от поршневого элемента 20 и, следовательно, обеспечивает возможность надежного поддержания состояния соединения между поршневым штоком 22 и поршневым элементом 20 после сборки.
Ограничитель 54 поворота включает в себя множество ограничительных выступов 54b, вставленных во множество впускных канавок 56. Множество ограничительных выступов 54b обращено к множеству выступов 49 зацепления в окружном направлении. При такой конструкции в случае поворота ограничителя 48 относительно поршневого элемента 20 выступы 49 зацепления надежно блокируются ограничительными выступами 54b, что обеспечивает возможность надежного поддержания состояния соединения между поршневым штоком 22 и поршневым элементом 20 после сборки.
Ограничитель 54 поворота включает в себя кольцевое основание 54а, сформированное в виде кольца вокруг поршневого штока 22. Множество ограничительных выступов 54b выступает в осевом направлении в сторону поршневого элемента 20 из кольцевого основания 54а. При такой конструкции ограничитель 54 поворота представляет собой единый элемент, имеющий кольцевое основание 54а и множество ограничительных выступов 54b, что обеспечивает возможность простого монтажа ограничителя 54 поворота на поршневом элементе 20 в результате выполнения только одной операции монтажа.
Выступы 49 зацепления располагаются с наклоном вдоль наклонных канавок 60 зацепления. Такая конструкция позволяет уменьшить зазор в осевом направлении между выступами 49 зацепления и наклонными канавками 60 зацепления.
Как показано на фиг. 4, выступ 49 зацепления включает в себя первую поверхность 49а, ориентированную в направлении, в котором поршневой шток 22 вставлен в поршневой элемент 20, и вторую поверхность 49b, ориентированную в противоположном направлении от первой поверхности 49а. Кроме того, наклонная канавка 60 зацепления включает в себя наклонную направляющую поверхность 60а. Наклонная направляющая поверхность 60а обращена к первой поверхности 49а. Наклонная направляющая поверхность 60а располагается непараллельно первой поверхности 49а и с наклоном относительно окружного направления. При такой конструкции между наклонной направляющей поверхностью 60а, прижатым к которой оказывается выступ 49 зацепления, и первой поверхностью 49а выступа 49 зацепления во время сборки возникает разность углов. Поэтому площадь контакта между выступом 49 зацепления и наклонной направляющей поверхностью 60а уменьшается. В результате уменьшается и сопротивление трению, и выступ 49 зацепления может быть плавно вставлен в канавку 60 зацепления. Следовательно, ограничитель 48 может быть легко повернут относительно поршневого элемента 20, что обеспечивает возможность уменьшения усилия для принудительного продвижения поршневого штока 22 в поршневой элемент 20 и, таким образом, позволяет дополнительно упростить операцию сборки.
Наклонная поверхность 60b наклонной канавки 60 зацепления и вторая поверхность 49b выступа 49 зацепления располагаются параллельно друг другу. При такой конструкции площадь контакта между выступом 49 зацепления и наклонной канавкой 60 зацепления на поверхности контакта между поршневым штоком 22 и поршневым элементом 20 в направлении взаимного разъединения становится больше, что приводит к увеличению сопротивления трению в направлении выхода выступа 49 зацепления из наклонной канавки 60 зацепления. Таким образом, появляется возможность надежного подавления поворотного движения ограничителя 48 при приложении усилия в направлении разъединения.
Поршневой шток 22 и поршневой элемент 20 соединены друг с другом с возможностью относительного поворота через ограничитель 48. При такой конструкции, независимо от внешней формы поршневого элемента 20, поршневой шток 22 можно легко поворачивать во время установки гидро(пневмо)устройства, имеющего поршневой узел 17, в оборудование, что является удобным.
Настоящее изобретение не ограничивается описанным выше круглым поршневым элементом 20. Настоящее изобретение может быть также использовано применительно к многоугольным поршневым элементам. Поэтому в гидро(пневмо)цилиндре 10А вместо поршневого узла 17, имеющего круглый поршневой элемент 20, может быть использован поршневой узел, имеющий многоугольный поршневой элемент.
В поршневом узле 17 использован поршневой шток 22, имеющий сплошную конструкцию. В другом варианте изобретения может быть использован поршневой шток, имеющий полую конструкцию.
В рассмотренном выше поршневом узле 17 использован поршневой шток 22, выступающий только с одной стороны поршневого элемента 20. В другом варианте изобретения может быть использован поршневой шток, выступающий с обеих сторон поршневого элемента 20.
Поршневой узел 17 снабжен как внешним демпфером 55, так и торцевым демпфером 40. В другом варианте изобретения в качестве демпферного механизма может быть использован только внешний демпфер 55. Ограничитель 54 поворота может не служить внешним демпфером 55. Гидро(пневмо)цилиндр 10А может быть снабжен механизмом воздушной подушки для ослабления силы удара, возникающего когда поршневой элемент 20 достигает одного или другого конца участка своего хода.
Магнит 38 может отсутствовать. На внешнем окружном участке поршневого элемента 20 может быть смонтировано кольцо компенсации износа, выполненное из материала с низким коэффициентом трения.
Гидро(пневмо)цилиндр 10А может быть выполнен в виде так называемого цилиндра одностороннего действия, в котором перемещение поршня только в одном из осевых направлений (в направлении выдвижения или в направлении втягивания) осуществляется за счет давления текучей среды, а перемещение в другом направлении осуществляется за счет силы упругости пружины. При этом в первом случае между поршневым элементом 20 и крышкой 16 штока размещают пружину, и второй порт 12b открывается в атмосферу. Во втором случае пружину размещают между поршневым элементом 20 и крышкой 14 головки, и в атмосферу открывается первый порт 12а.
Гидро(пневмо)цилиндр 10В, показанный на фиг. 9 и 10 выполнен в виде так называемого цилиндра с направляющими. Гидро(пневмо)цилиндр 10В включает в себя гильзу 68 цилиндра (корпус), имеющий отверстие 68а скольжения и множество (в рассматриваемом примере - два) направляющих отверстий 68b, поршневой элемент 70, размещенный с возможностью скольжения в отверстии 68а скольжения, и поршневой шток 72 (элемент в виде вала), соединенный с поршневым элементом 70 и выступающий из гильзы 68 цилиндра в осевом направлении. Кроме того, гидро(пневмо)цилиндр 10В включает в себя выходной элемент 74 (сопряженный элемент), соединенный с поршневым штоком 72 снаружи от гильзы 68 цилиндра, и множество (в рассматриваемом примере - два) направляющих штока 76, вставленных с возможностью скольжения во множество направляющих отверстий 68b и соединенных с выходным элементом 74.
На проксимальном торцевом участке 72а поршневого штока 72 поршневой элемент 70 и поршневой шток 72 соединены друг с другом в результате зачеканки. В отверстии 68а скольжения размещена крышка 69 штока. Направляющее отверстие 68b проходит параллельно отверстию 68а скольжения. Направляющий шток 76 располагается параллельно поршневому штоку 72. Направляющие штоки 76 закреплены на выходном элементе 74 болтами 77.
Гидро(пневмо)цилиндр 10В имеет соединительную конструкцию 45В вала для соединения поршневого штока 72 в качестве элемента в виде вала с выходным элементом 74 в качестве его сопряженного элемента. Эта соединительная конструкция 45В вала имеет ту же конструкцию, что и соединительная конструкция 45А вала, показанная на фиг. 1, и т.п., за исключением участка применения соединительной конструкции 45В вала.
Поэтому элементы конструкции соединительной конструкции 45В вала, идентичные элементам конструкции соединительной конструкции 45А вала, обозначены теми же ссылочными позициями.
В частности, в соединительной конструкции 45В вала ограничитель 48 смонтирован в кольцевой канавке 73 для монтажа ограничителя, сформированной на внешнем окружном участке 72b дистального торцевого участка поршневого штока 72. В выходном элементе 74 выполнено множество щелевых канавок 50. Со стороны, обращенной к гильзе 68 цилиндра, в выходном элементе 74 выполнено соединительное углубление 74а. На внутреннем окружном участке соединительного углубления 74а сформировано множество щелевых канавок 50. В щелевых канавках 50, выполненных в выходном элементе 74, смонтирован ограничитель 54 поворота.
Соединение поршневого штока 72 и выходного элемента 74 друг с другом в процессе сборки осуществляется, например, в следующем порядке.
Перед соединением поршневого штока 72 и выходного элемента 74 друг с другом поршневой шток 72 и поршневой элемент 70 соединяют друг с другом и вставляют в отверстие 68а скольжения гильзы 68 цилиндра. Затем на внешнем окружном участке поршневого штока 72 размещают ограничитель 54 поворота, а в канавке 73 для монтажа ограничителя монтируют ограничитель 48. После этого два направляющих штока 76, соединенных с выходным элементом 74, вставляют в соответствующие два направляющих отверстия 68b. При этом поршневой шток 72, на котором смонтирован ограничитель 48, принудительно продвигают в соединительное углубление 74а в выходном элементе 74. В результате ограничитель 48 поворачивается, и выступы 49 зацепления входят в зацепление с наклонными канавками 60 зацепления. После этого ограничитель 54 поворота перемещают в осевом направлении и монтируют в щелевых канавках 50. Описанным выше способом поршневой шток 72 и выходной элемент 74 соединяют друг с другом.
Соединительная конструкция 45В вала позволяет упростить операцию сборки цилиндра с направляющими, имеющего поршневой шток 72 и выходной элемент 74. То есть в процессе сборки соединить выходной элемент 74 и поршневой шток 72 друг с другом можно без использования каких-либо специальных инструментов или оборудования. Кроме того, так как соединить поршневой шток 72 и выходной элемент 74 друг с другом можно в результате перемещения только в одном направлении, операция сборки может быть выполнена в малогабаритном пространстве.
Кроме того, в отличие от случая соединения с использованием болтов, выходной элемент 74 и поршневой шток 72 соединены друг с другом в состоянии, при котором выходной элемент 74 может иметь небольшой зазор в радиальном направлении поршневого штока 72 (в плавающем состоянии в радиальном направлении) и, следовательно, поршневой шток 72 автоматически центрируется относительно центрального положения между этими двумя направляющими штоками 76. Поэтому никакого приспособления для центрирования не требуется и число человеко-часов может быть сокращено. В то же время в случае конструкции с использованием болтов для соединения поршневого штока и выходного элемента друг с другом необходимо закрепление поршневого штока в центральном положении между двумя направляющими штоками 76, и поэтому требуется приспособление для центрирования.
В отличие от конструкции, в которой две комплектующие детали соединены друг с другом с использованием Т-образного паза, использование соединительной конструкции 45В вала позволяет соединить эти две комплектующие детали (выходной элемент 74 и поршневой шток 72), перемещение которых в поперечном направлении относительно оси ограничено направляющим штоком 76, без каких-либо затруднений.
При этом поршневой шток 72 и поршневой элемент 70 могут быть соединены друг с другом при помощи соединительной конструкция 45А вала, показанной на фиг. 1, и т.п.
Соединительная конструкция вала в соответствии с настоящим изобретением не ограничивается описанным выше вариантом осуществления. Возможны самые различные модификации, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения. Например, настоящее изобретение может быть использовано применительно к гидро(пневмо)цилиндрам с поршневым элементом и гильзой цилиндра, имеющими некруглую форму в поперечном сечении (прямоугольную форму, овальную форму, эллиптическую форму и т.п.). Кроме того, настоящее изобретение может быть использовано применительно к гидро(пневмо)цилиндрам с множеством штоков(с двумя штоками и т.п.), снабженным множеством поршней и множеством поршневых штоков.
В дополнение к описанному выше варианту осуществления, соединительная конструкция вала в соответствии с настоящим изобретением может быть использована и применительно к случаю соединения дистального торцевого элемента, закрепленного на дистальном торцевом участке поршневого штока, с поршневым штоком, и применительно к соединительному участку при плавающем соединении.
Настоящее изобретение не ограничивается гидро(пневмо)цилиндром, используемым в качестве исполнительного механизма и т.п. Настоящее изобретение может быть использовано применительно и к другим типам гидро(пневмо)устройств, имеющим поршень. Примеры гидро(пневмо)устройств, имеющих поршень, применительно к которым может быть использовано настоящее изобретение, включают в себя, например, клапанное устройство для переключения каналов, осуществляемого за счет перемещения запорного элемента с помощью поршня, цилиндр для измерения длины (цилиндр считывания хода), осуществляемого в результате перемещения поршня, соединенного с поршневым штоком, служащего ведущим валом, стол скольжения, в котором перемещение стола, соединенного с поршнем через поршневой шток, осуществляется за счет перемещения поршня, и зажимное устройство для захвата обрабатываемой детали с помощью специального приспособления, размыкание и замыкание которого осуществляется в результате перемещения поршня и последующего соответствующего преобразования перемещения этого поршня.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами осуществления. Возможны различные модификации, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.