本文關(guān)鍵詞：氣浮式無摩擦氣缸靜動態(tài)特性研究

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【摘要】：氣動技術(shù)是工業(yè)機械自動化的一種重要技術(shù)手段。氣缸作為氣動系統(tǒng)中最為常見的執(zhí)行機構(gòu),摩擦力成為影響氣缸性能中非常重要的一個環(huán)節(jié)。結(jié)合氣缸發(fā)展,氣浮式無摩擦氣缸的研究得到關(guān)注。本文將氣浮軸承與低摩擦氣缸相結(jié)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(yīng)控制等場合。以氣浮軸承特性為基礎(chǔ),深入研究氣浮式無摩擦氣缸結(jié)構(gòu)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(guān)系。提出一套完整的氣浮式無摩擦氣缸設(shè)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(jié)構(gòu),主要包括氣缸體和活塞體�；钊w采用自主研發(fā)設(shè)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(xué)模型,包括一維解析數(shù)學(xué)模型和二維數(shù)值數(shù)學(xué)模型,并確定其壓力分布關(guān)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(xué)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(jié)構(gòu)參數(shù)對其的影響,并驗證一維解析數(shù)學(xué)模型和二維數(shù)值數(shù)學(xué)模型的可行性,以及模型應(yīng)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(quán)值的加權(quán)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)計,提出氣浮式無摩擦氣缸樣機的性能測試方法。
【關(guān)鍵詞】：氣缸 氣浮軸承 無摩擦 MATLAB PDE Simulink
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH138.51
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 氣動技術(shù)簡介12
• 1.2 低摩擦氣缸的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 基于密封特性原理的低摩擦氣缸12-13
• 1.2.2 基于軸承導(dǎo)向原理的低摩擦氣缸13-14
• 1.2.3 基于氣浮活塞原理的低摩擦氣缸14-16
• 1.3 氣浮式軸承的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 氣浮式軸承結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.2 氣浮式軸承原理研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3.3 氣浮式軸承優(yōu)化研究現(xiàn)狀20
• 1.4 氣缸動態(tài)性能研究現(xiàn)狀20-21
• 1.4.1 氣缸動態(tài)原理研究現(xiàn)狀20
• 1.4.2 氣缸動態(tài)實驗研究現(xiàn)狀20-21
• 1.5 課題意義以及主要工作21-24
• 1.5.1 課題意義22
• 1.5.2 主要工作22-24
• 第2章 無摩擦氣缸活塞的氣隙壓力分布建模24-38
• 2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計與模型說明24-26
• 2.1.1 氣浮式無摩擦氣缸結(jié)構(gòu)設(shè)計24-25
• 2.1.2 氣浮式活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計25
• 2.1.3 氣浮式活塞周向展開25-26
• 2.1.4 模型說明26
• 2.2 一維氣體間隙流動的數(shù)學(xué)模型26-30
• 2.2.1 一維解析模型假設(shè)26-27
• 2.2.2 間隙氣體流動方程27
• 2.2.3 節(jié)流孔流量計算27-28
• 2.2.4 壓力分布計算28-30
• 2.3 二維氣體間隙流動的數(shù)學(xué)模型30-37
• 2.3.1 二維數(shù)值模型基本假設(shè)30-31
• 2.3.2 氣體潤滑Reynolds方程一般形式31-32
• 2.3.3 靜壓活塞無因次Reynolds方程32-33
• 2.3.4 節(jié)流孔的流動特性33
• 2.3.5 邊界條件33-35
• 2.3.6 節(jié)流口出口處的邊界條件35-37
• 2.3.7 壓力分布37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 無摩擦氣缸靜特性研究38-52
• 3.1 靜態(tài)性能指標38
• 3.2 一維模型靜態(tài)性能指標計算38-39
• 3.2.1 氣體泄漏量計算38
• 3.2.2 徑向承載力計算38-39
• 3.3 二維模型靜態(tài)性能指標計算39-40
• 3.3.1 氣體泄漏量計算39-40
• 3.3.2 徑向承載力計算40
• 3.4 二維數(shù)值模型求解方法40-43
• 3.4.1 MATLAB PDE工具箱簡介40-42
• 3.4.2 穩(wěn)態(tài)Reynolds方程轉(zhuǎn)換42
• 3.4.3 二維數(shù)值模型的求解過程42-43
• 3.5 設(shè)計變量確定43-44
• 3.6 壓力分布計算結(jié)果44-46
• 3.6.1 活塞表面整體壓力分布44
• 3.6.2 一二維模型沿節(jié)流小孔軸向截面壓力分布44-46
• 3.7 靜態(tài)性能計算結(jié)果及分析46-50
• 3.7.1 無量綱小孔直徑ds/Dcy對靜態(tài)性能影響46-47
• 3.7.2 無量綱平均間隙h0/Dcy對靜態(tài)性能影響47-48
• 3.7.3 無量綱化小孔位置11/L對靜態(tài)性能影響48-49
• 3.7.4 長徑比L/D對靜態(tài)性能影響49-50
• 3.7.5 一維解析模型與二維數(shù)值模型對比總結(jié)50
• 3.8 本章小結(jié)50-52
• 第4章 無摩擦氣缸靜特性優(yōu)化設(shè)計52-60
• 4.1 優(yōu)化設(shè)計流程52-56
• 4.1.1 優(yōu)化設(shè)計變量53
• 4.1.2 優(yōu)化算法53-54
• 4.1.3 優(yōu)化模型描述54-56
• 4.2 優(yōu)化結(jié)果對比56-59
• 4.2.1 優(yōu)化方法結(jié)果對比56-57
• 4.2.2 受限優(yōu)化方法的有效性分析57-58
• 4.2.3 不同長徑比L/D下COPT優(yōu)化性能結(jié)果58-59
• 4.2.4 最優(yōu)結(jié)果59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 第5章 無摩擦氣缸動態(tài)特性研究60-76
• 5.1 氣缸動態(tài)機理模型60-64
• 5.1.1 變質(zhì)量系統(tǒng)方程61
• 5.1.2 氣缸兩腔流量連續(xù)性方程61-62
• 5.1.3 氣缸壓力方程62
• 5.1.4 氣缸動力學(xué)方程62-63
• 5.1.5 控制閥壓力-流量方程63
• 5.1.6 總體動力學(xué)狀態(tài)方程模型63-64
• 5.2 氣缸仿真模型建立64-66
• 5.2.1 氣缸仿真平臺軟件簡介64
• 5.2.2 基于AMESim理想氣缸動態(tài)模型建立64-65
• 5.2.3 基于MATLAB Simulink無摩擦氣缸動態(tài)模型建立65
• 5.2.4 輸入變量確定65-66
• 5.3 氣缸動態(tài)性能開環(huán)控制仿真66-74
• 5.3.1 不同控制輸入影響66-70
• 5.3.2 不同激勵參數(shù)影響70-72
• 5.3.3 不同活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)影響72-74
• 5.4 本章小結(jié)74-76
• 第6章 無摩擦氣缸實驗平臺研究76-82
• 6.1 實驗臺設(shè)計和性能測試方法76-81
• 6.1.1 試驗臺設(shè)計76-81
• 6.1.2 性能測試方法81
• 6.2 本章小結(jié)81-82
• 第7章 總結(jié)與展望82-84
• 7.1 總結(jié)82-83
• 7.2 展望83-84
• 參考文獻84-88
• 碩士期間發(fā)表論文88

【相似文獻】

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本文編號：942891