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意大利UNIVER氣缸性能分析
氣缸具有成本低、重量輕、無污染、維護方便和抗干擾強等優(yōu)點，使其在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用，已成為當今實現(xiàn)自動化的重要手段。由于半導體、瓷器、玻璃等工業(yè)應用場合的需要，對氣缸的低速運動特性提出更高的要求，同時計算機仿真技術越來越深入工業(yè)設計之中。所以對氣缸低速摩擦力特性和仿真模型的研究有很重要意義。

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首先從摩擦學的角度進行摩擦力和爬行機理的理論研究；分析了摩擦力的產(chǎn)生的四個動態(tài)階段和摩擦記憶等特性，對比研究了摩擦力的靜、動態(tài)數(shù)學模型和影響氣缸爬行的因素，推導了帶有Stribeck效應的分段Karnopp模型作為氣缸的摩擦力模型。 分別構建了氣缸摩擦力測試實驗臺和氣缸微位移實驗臺，并在LabVIEW環(huán)境中設計了實驗臺的軟件部分。利用實驗臺研究了氣缸勻速運動和爬行運動時的摩擦力特性，驗證了低速時摩擦力隨速度增加而非線性減小的特性；并試驗分析了工作壓力、負載和缸徑等因素對氣缸爬行現(xiàn)象的影響；同時還初步研究了氣缸的預位移和摩擦力的關系。zui后利用AMESim平臺，以雙作用氣缸元件創(chuàng)建為例，介紹了AMESet工具工作流程，并改進了軟件中所有直線氣缸模型。經(jīng)過實驗對比和系統(tǒng)仿真驗證，新模型可以較準確的反映氣缸低速摩擦力特性。以氣浮軸承特性為基礎，深入研究氣浮式無摩擦氣缸結構參數(shù)指標、靜態(tài)特性指標以及動態(tài)特性指標之間影響關系。提出一套完整的氣浮式無摩擦氣缸設計方案。本文主要研究內(nèi)容如下：（1）確定氣浮式無摩擦氣缸結構，主要包括氣缸體和活塞體?；钊w采用自主研發(fā)設計的具有氣浮特性的氣浮軸承。（2）為實現(xiàn)活塞體功能，對其表面進行精確的壓力分布控制，建立一套完善包含負載考慮的活塞數(shù)學模型，包括一維解析數(shù)學模型和二維數(shù)值數(shù)學模型，并確定其壓力分布關系。提出靜態(tài)特性指標，包括徑向承載力和氣體泄漏量。采用基于二次開發(fā)的MATLAB PDE Tools求解二維數(shù)值數(shù)學模型，并以雙排孔活塞模型作為研究對象，仿真分析各種活塞結構參數(shù)對其的影響，并驗證一維解析數(shù)學模型和二維數(shù)值數(shù)學模型的可行性，以及模型應用范圍。（3）氣缸活塞參數(shù)較多，合理統(tǒng)籌參數(shù)類別，將靜態(tài)特性作為優(yōu)化目標，提出一種受限約束優(yōu)化方法（COPT），通過與不同權值的加權優(yōu)化方法（WOPT1,WOPT2）對比，驗證受限約束優(yōu)化方法（COPT）的可靠性和實用性?？筛鶕?jù)用戶的需求選擇合適的活塞結構參數(shù)的優(yōu)化解集。（4）運用AMESim和Simulink建立帶有氣體內(nèi)泄漏模塊的氣缸動態(tài)模型。分別在不同的控制輸入（換向閥控制電壓給與時間Tstep、換向閥控制電壓Ustep）、激勵參數(shù)（供氣壓力Ps、負載質(zhì)量M）、活塞結構設計參數(shù)條件下進行動態(tài)性能的仿真對比，驗證靜態(tài)性能的重要性以及結構參數(shù)的優(yōu)化對氣缸運行中的重要影響。進行測試實驗臺的總體設計，提出氣浮式無摩擦氣缸樣機的性能測試方法。

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氣缸是工業(yè)機械自動化的一種重要技術手段。氣缸作為氣動系統(tǒng)中zui為常見的執(zhí)行機構，摩擦力成為影響氣缸性能中非常重要的一個環(huán)節(jié)。結合氣缸發(fā)展，氣浮式無摩擦氣缸的研究得到關注。將氣浮軸承與低摩擦氣缸相結合，利用氣浮特性降低氣缸運行時摩擦力，使其能夠運用于精密控制以及高響應控制等場合。