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气浮活塞优化设计及其径向承载力试验研究

机电工程 2024年第3期41卷 392-399,454页

作者：李想吴洁陆阳勇黄凯周恒扬刘磊钱鹏飞江苏大学机械工程学院江苏镇江212013 浙江联宜电机有限公司浙江金华322100

对于气缸的高精度伺服控制而言,从根本上消除摩擦力具有重要的意义。气浮活塞是气浮无摩擦气缸的重要构成部件。在气缸的运行过程中,气浮活塞的径向承载力不足会引发活塞与缸筒内壁接触,致使气体润滑失效。为了提高无摩擦气缸中气浮活... 详细信息

对于气缸的高精度伺服控制而言,从根本上消除摩擦力具有重要的意义。气浮活塞是气浮无摩擦气缸的重要构成部件。在气缸的运行过程中,气浮活塞的径向承载力不足会引发活塞与缸筒内壁接触,致使气体润滑失效。为了提高无摩擦气缸中气浮活塞的径向承载性能,期望在实现更大承载力的前提下尽量减少耗气量,采用有限元仿真与试验相结合的方法,开展了气浮活塞径向承载力的研究工作。首先,采用Fluent软件仿真分析了供气压力、偏心率和节流孔直径等参数对气浮活塞径向承载力和耗气量的影响;然后,在综合考量后,优选出了气浮活塞的节流孔径,并以此加工出了气浮活塞样机;最后,为了测试实际情况下不同供气压力和偏心状态下的气浮活塞的径向承载能力,设计并搭建了一套以气浮无摩擦气缸作为加载装置的高精度径向承载力检测装置。研究结果表明:从定性的角度上看,仿真和试验结果趋势一致;从定量的角度上看,试验结果与仿真结果的吻合度在90%以上。该研究可为采用Fluent软件仿真研究气浮活塞径向承载力的准确性提供依据,为后续仿真模型的修正提供一定的指导。

关键词：气压传动无摩擦气缸 Fluent仿真优化气体润滑供气压力节流孔直径偏心率

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气悬浮无摩擦气缸的结构多目标优化设计

中国机械工程 2008年第14期19卷 1681-1686页

作者：路波陶国良刘昊向忠浙江大学流体传动及控制国家重点实验室杭州310027

为了优化模态测试悬挂系统中气悬浮无摩擦气缸的结构参数,建立了活塞和缸壁间隙内的气体压力分布、气体泄漏流量和活塞径向承载能力的数学模型,提出一种基于非支配排序遗传算法(NSGA-II)的气缸-活塞优化设计方法。以气缸结构参数作为优... 详细信息

为了优化模态测试悬挂系统中气悬浮无摩擦气缸的结构参数,建立了活塞和缸壁间隙内的气体压力分布、气体泄漏流量和活塞径向承载能力的数学模型,提出一种基于非支配排序遗传算法(NSGA-II)的气缸-活塞优化设计方法。以气缸结构参数作为优化变量,以降低泄漏流量和提高径向承载能力为设计目标,等价转化目标函数,并将气体流动的复杂非线性方程组转化为约束条件进行处理。该方法能够获得目标空间内分布均匀的Pareto最优参数集,全面掌握活塞结构参数的最优取值。试验结果表明,优化后的气缸能有效地降低摩擦力,减小气体泄漏流量,从而验证了该方法在工程应用中的有效性。

关键词：气悬浮无摩擦气缸 NAGA—II 多目标优化气体泄漏量

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气浮无摩擦气缸及气浮特性仿真

浙江大学学报（工学版） 2014年第2期48卷 214-220页

作者：朱晓陶国良刘昊孟德远班伟钱鹏飞浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室浙江杭州310027

为了满足气动系统中高精度伺服控制对低摩擦气缸的需求,提出一种利用静压气体轴承作为活塞的新型无摩擦气缸.针对轴承耗气量及径向承载能力难以准确建模的问题,构建一种基于有限元数值求解方法的轴承气膜压力计算方法.利用该方法,分析... 详细信息

为了满足气动系统中高精度伺服控制对低摩擦气缸的需求,提出一种利用静压气体轴承作为活塞的新型无摩擦气缸.针对轴承耗气量及径向承载能力难以准确建模的问题,构建一种基于有限元数值求解方法的轴承气膜压力计算方法.利用该方法,分析轴承的结构参数及时变的环境参数对轴承气浮特性的影响.结果表明,在节流孔末端引入均压腔能够显著增加了轴承的径向承载能力,消除气膜中节流孔附近的压力尖峰,使轴承稳定性增强;供气压力、径向载荷和偏心率等时变参数对气浮特性的综合影响增加了简化活塞泄漏模型的困难.为了后续对气缸进行控制,根据气浮特性仿真结果,提出一种基于特定径向负载假设下的泄漏量模型简化方法.

关键词：无摩擦气缸气体轴承有限单元法气浮特性

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气浮式无摩擦气缸设计

机械设计与研究 2014年第2期30卷 89-91,103页

作者：姚燕生郭宝林代祥安徽建筑大学机械与电气工程学院合肥230601

简述了无摩擦气缸的定义与应用,根据圆柱活塞间隙密封与带径向两排节流小孔圆柱活塞的密封模型,指出了影响其内泄漏量的主要参数。结合理论分析与经验,设计了一种新型无摩擦气缸及其带径向节流孔与轴向密封槽的气浮活塞,应用计算机仿真... 详细信息

简述了无摩擦气缸的定义与应用,根据圆柱活塞间隙密封与带径向两排节流小孔圆柱活塞的密封模型,指出了影响其内泄漏量的主要参数。结合理论分析与经验,设计了一种新型无摩擦气缸及其带径向节流孔与轴向密封槽的气浮活塞,应用计算机仿真技术分析了活塞与缸壁间隙处的气流压力与流速分布,研究表明活塞上密封槽具有提高密封与支撑作用。另外为获取无摩擦气缸的摩擦性能,研究了两种测试方法与装置,根据实验可得活塞表面带密封槽与节流小孔的气浮式气缸活塞向上运动时摩擦力极小,实现了气悬浮。

关键词：无摩擦气缸理论模型气浮活塞设计仿真分析测试方法

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无模型控制器的无摩擦气缸控制仿真

计算机仿真 2016年第3期33卷 347-350页

作者：刘昱赵国新北京石油化工学院北京102617

无摩擦气缸伺服系统作为一种特殊的气动系统,具有成本低、节能,清洁等优点,运用较为广泛。其驱动负载的输出力由气体压力而产生,由于气体的可压缩性,要得到精确的数学模型十分困难,而且气动系统易受周围环境因素的影响,当采用传统PID控... 详细信息

无摩擦气缸伺服系统作为一种特殊的气动系统,具有成本低、节能,清洁等优点,运用较为广泛。其驱动负载的输出力由气体压力而产生,由于气体的可压缩性,要得到精确的数学模型十分困难,而且气动系统易受周围环境因素的影响,当采用传统PID控制时,很难使系统长时间保持良好的控制效果。针对比例流量阀驱动无摩擦气缸的气动伺服系统,对其进行建模分析,并将无模型控制算法引入到伺服系统的控制器设计中,利用仿真软件构建控制系统并进行仿真,仿真结果表明,相比于常规的肿控制器,无模型控制具有更优的控制性能,在保证系统稳定性的前提下提高了输出响应速度。

关键词：无模型控制流量比例阀无摩擦气缸

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自抗扰控制器的无摩擦气缸控制研究

机械设计与制造 2020年第6期 11-15页

作者：刘昱王安刘昌龙宋玉宝北京石油化工学院信息工程学院北京102617 北京化工大学信息科学与技术学院北京100029

气动伺服系统是典型的非线性系统,因气体的可压缩性及阀口流量的非线性等因素,传统的控制策略(如PID)的控制性能很难达到系统要求,对其实现高精度的压力控制尤为困难.针对比例流量阀及无摩擦气缸的气动伺服系统建立二阶数学模型,建模过... 详细信息

气动伺服系统是典型的非线性系统,因气体的可压缩性及阀口流量的非线性等因素,传统的控制策略(如PID)的控制性能很难达到系统要求,对其实现高精度的压力控制尤为困难.针对比例流量阀及无摩擦气缸的气动伺服系统建立二阶数学模型,建模过程为控制算法提供一个大致精确的参考模型.之后,将自抗扰控制算法引入到伺服系统控制器设计中,并基于Labwindows CVI开发平台对该系统实现高精度压力控制.实验结果表明,相比较于传统PID控制器,自抗扰控制器具有控制精度高,响应速度快,抗干扰能力强等优点.

关键词：无摩擦气缸比例流量阀压力控制 PID控制自抗扰控制

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无摩擦气缸活塞的结构变形分析

轻工机械 2014年第2期32卷 87-90,94页

作者：徐新正孙建辉袁巧玲单晓杭特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室(浙江工业大学) 浙江杭州310014

针对超低频悬挂装置刚体往复运动的无摩擦要求,设计了一套新颖的无摩擦气缸-活塞结构。建立了无摩擦气缸-活塞应力计算模型,得到气缸和活塞结构应力计算公式。利用ANSYS Workbench建立无摩擦气缸-活塞的气膜仿真计算模型,计算得到气膜... 详细信息

针对超低频悬挂装置刚体往复运动的无摩擦要求,设计了一套新颖的无摩擦气缸-活塞结构。建立了无摩擦气缸-活塞应力计算模型,得到气缸和活塞结构应力计算公式。利用ANSYS Workbench建立无摩擦气缸-活塞的气膜仿真计算模型,计算得到气膜沿活塞轴向的压力分布情况,利用单向流固耦合模块将气膜压力加载到无摩擦气缸-活塞上,基于线性静力结构分析模块Static Structural计算无摩擦气缸-活塞应力和应变分布,对结果做出分析,对无摩擦气缸-活塞结构不合理之处提出了解决方案。

关键词：无摩擦气缸活塞结构变形 ANSYS Workbench软件

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新型双作用气浮气缸优化设计及其工况分析

西安交通大学学报 2022年第3期56卷 12-21页

作者：钱鹏飞罗辉单位银邹能祥张兵江苏大学机械工程学院江苏镇江212000 宁波索诺工业自控设备有限公司浙江宁波315000

由于普通气缸摩擦力存在时变性和不确定性,故其摩擦力无法准确获取,难以实现气缸高精度的力伺服控制。基于静压气体润滑原理并结合空气轴承结构,构建了一种带有环形卸压槽的新型双作用气浮无摩擦气缸,实现了气缸活塞与缸筒内壁间的非接... 详细信息

由于普通气缸摩擦力存在时变性和不确定性,故其摩擦力无法准确获取,难以实现气缸高精度的力伺服控制。基于静压气体润滑原理并结合空气轴承结构,构建了一种带有环形卸压槽的新型双作用气浮无摩擦气缸,实现了气缸活塞与缸筒内壁间的非接触无摩擦。该气缸的气浮活塞具有独立供气的特点,解决了传统气浮气缸往复运动过程中两腔气压变化时气浮活塞承载力不够而引起的活塞与缸筒接触产生摩擦的问题。采用Fluent软件仿真分析了偏心量、节流孔径、气膜厚度等因素对气浮活塞径向承载力和耗气量的影响,得出了多种气膜厚度下最优的气浮活塞节流孔径;研究了偏心量、供气压力对此最优节流孔径的影响,发现了其随偏心量增大而减小、随供气压力增大而增大的规律;开展了不同工况下活塞-活塞杆组件在缸筒中非接触无摩擦运动时的受力情况分析,得出了气缸空载工况时最低供气压力以及加载工况时最大外负载力与供气压力的关系式。研究结果可为该气浮活塞外径和节流孔径参数的选取、供气压力的确定提供参考,进而达到不同工况时满足径向承载力要求后的耗气量尽可能少的目的。

关键词：静压气体润滑气浮活塞无摩擦气缸径向承载力耗气量

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气浮活塞优化设计及其径向承载力试验研究

机电工程 2023年

作者：李想吴洁陆阳勇黄凯周恒扬刘磊钱鹏飞江苏大学机械工程学院浙江联宜电机有限公司

对于气缸的高精度伺服控制而言，从根本上消除摩擦力具有重要的意义。气浮活塞是气浮无摩擦气缸的重要构成部件。在气缸的运行过程中，气浮活塞的径向承载力不足会引发活塞与缸筒内壁接触，致使气体润滑失效。为了提高无摩擦气缸中气浮... 详细信息

对于气缸的高精度伺服控制而言，从根本上消除摩擦力具有重要的意义。气浮活塞是气浮无摩擦气缸的重要构成部件。在气缸的运行过程中，气浮活塞的径向承载力不足会引发活塞与缸筒内壁接触，致使气体润滑失效。为了提高无摩擦气缸中气浮活塞的径向承载性能，期望在实现更大承载力的前提下尽量减少耗气量，采用有限元仿真与试验相结合的方法，开展了气浮活塞径向承载力的研究工作。首先，采用Fluent 软件仿真分析了供气压力、偏心率和节流孔直径等参数对气浮活塞径向承载力和耗气量的影响；然后，在综合考量后，优选出了气浮活塞的节流孔径，并以此加工出了气浮活塞样机；最后，为了测试实际情况下不同供气压力和偏心状态下的气浮活塞的径向承载能力，设计并搭建了一套以气浮无摩擦气缸作为加载装置的高精度径向承载力检测装置。研究结果表明：从定性的角度上看，仿真和试验结果趋势一致；从定量的角度上看，试验结果与仿真结果的吻合度在90%以上。该研究可为采用Fluent软件仿真研究气浮活塞径向承载力的准确性提供依据，为后续仿真模型的修正提供一定的指导。

关键词：气压传动无摩擦气缸 Fluent仿真优化气体润滑供气压力节流孔直径偏心率