崔宗伟[1]2008年在《气缸低速摩擦力特性的研究及其建模与仿真》文中指出气动技术具有成本低、重量轻、无污染、维护方便和抗干扰强等优点,使其在工业生产中得到广泛应用,已成为当今实现自动化的重要手段。由于半导体、瓷器、玻璃等工业应用场合的需要,对气缸的低速运动特性提出更高的要求,同时计算机仿真技术越来越深入工业设计之中。所以对气缸低速摩擦力特性和仿真模型的研究有很重要意义。首先从摩擦学的角度进行摩擦力和爬行机理的理论研究;分析了摩擦力的产生的四个动态阶段和摩擦记忆等特性,对比研究了摩擦力的静、动态数学模型和影响气缸爬行的因素,推导了带有Stribeck效应的分段Karnopp模型作为气缸的摩擦力模型。分别构建了气缸摩擦力测试实验台和气缸微位移实验台,并在LabVIEW环境中设计了实验台的软件部分。利用实验台研究了气缸匀速运动和爬行运动时的摩擦力特性,验证了低速时摩擦力随速度增加而非线性减小的特性;并试验分析了工作压力、负载和缸径等因素对气缸爬行现象的影响;同时还初步研究了气缸的预位移和摩擦力的关系。最后利用AMESim平台,以双作用气缸元件创建为例,介绍了AMESet工具工作流程,并改进了软件中所有直线气缸模型。经过实验对比和系统仿真验证,新模型可以较准确的反映气缸低速摩擦力特性。
谢祖刚[2]2003年在《气缸低速摩擦特性的研究》文中认为气动技术具有成本低、重量轻、无污染、维护方便和抗干扰强等优点，使其在工业生产中得到广泛应用，己成为当今实现自动化的重要手段。由于半导体、瓷器、玻璃等工业应用场合的需要，对气缸的低速运动特性提出更高的要求。本文首先进行爬行的机理以及各个影响因素的理论研究，然后搭建摩擦力测试实验的硬件平台，并用Visual C++编制数据采集和电机控制软件，对气缸低速运动时的摩擦力特性进行全面的分析和研究。本论文主要分为四个章节：第一章首先扼要叙述了气动技术的特点、应用现状和最新发展趋势。然后介绍了研究气缸低速运动特性的必要性、气缸低速运动研究在国内外的发展和研究现状以及目前改进气缸低速运动的主要方法。最后提出进行气缸低速运动研究的意义，还指出了本论文研究的主要内容。第二章首先从摩擦学的角度对摩擦力的分类和摩擦理论做了简单的介绍。然后介绍了气缸爬行的定义、描述方法以及危害。接着对爬行机理的研究现状做了简要的说明，对爬行的机理做了较为全面的分析。然后对影响爬行的各个因素做了具体阐述。最后对摩擦力的数学模型做了介绍。第叁章首先进行气缸摩擦力测试实验台的总体设计，然后分硬件部分和软件部分阐述了系统设计过程。其中硬件系统包括电动驱动系统、传感器部分、被测气缸、数据采集卡以及连接系统。软件部分主要包括多路传感器数据采集系统的A／D输入以及一路D／A输出控制电机的转速和运行方向。软件的开发是在MATLAB5.3和Visual C++6.0环境下进行的。这一实验台架能完成各种型号的双出杆缸、单出杆缸以及无杆气缸的摩擦力测试。第四章对实验采集到的数据进行处理，主要通过多项式以及分段拟合的方式得出了气缸的摩擦力与运动速度之间的数学表达式。从而得出静摩擦力、库仑动摩擦、粘滞摩擦系数以及Stribeck特性系数等一系列表示摩擦力的特征参数。并通过实验和分析来研究供气压力、外部负载和密封润滑变化对摩擦力的影响。研究的气缸包括单出杆气缸、双出杆气缸和无杆气缸。
徐海鑫[3]2014年在《基于AMESim的高速开关阀控缸系统建模与低速特性仿真研究》文中进行了进一步梳理气动技术具有响应快、廉价、可靠、易保养等优点，大量应用于机械行业中，是当代自动化生产的主要手段之一。科学技术在近些年有了飞速的发展，对气动元件低速运动性能有了更高的要求。计算机模拟技术在科研、军工、教育、工业、运输等行业已得到大量应用，将此项技术引入气动系统的设计和工作性能分析研究，对提高气动系统低速运动性能具有重要的理论意义，对扩展气动系统的应用领域具有重要的实际应用价值。应用气体状态方程、热力学方程、摩擦学理论和理论力学理论，建立气缸数学模型，包括气体质量流量方程，气体温度—压力方程，气缸运动方程，摩擦力方程和高速开关阀数学模型，为创建气动元件和气动系统仿真模型提供理论依据。以SMC VQ100系列叁通直动式高速开关阀控SMC CEP1系列单杆双作用气缸气动系统为研究对象，应用AMESim仿真软件，创建气动元件和气动系统的仿真模型，并对创建的模型进行验证。利用AMESim仿真软件建模简单、方便的特点和Matlab/Simulink数据处理能力强的优势，应用两款仿真软件对SMC VQ100系列高速开关阀控CEP1系列气缸气动系统，以S函数为数据传输媒介，建立联合仿真模型，为阀控缸气动系统的低速性能研究提供仿真模型。基于高速开关阀控气缸气动系统联合仿真模型，对气动系统低速运动性能进行研究，定量研究气源压力、负载和缸径变化对气缸低速运动时速度抖动的影响，并揭示其影响规律。同时，研究高速开关阀反馈弹簧疲软、负载力源波动和气缸泄漏量对气缸低速抖动的影响。上述研究成果对VQ100系列高速开关阀控CEP1系列气缸气动系统控制器优化设计和系统低速性能的提高具有重要的理论意义。
刘欣岩[4]2012年在《气缸低速爬行时建模与仿真研究》文中研究说明气动技术具有高速高效、低成本、清洁安全、易维护等优点，广泛应用于工业生产中，是生产过程机械化和自动化的有效手段之一。随着传感技术、通信技术的不断发展，对气动系统低速运行时的特性有了更高的要求。计算机仿真技术在科学研究、军事、教育、工业、交通等领域已得到大量应用，对气动系统仿真模型的建立及气缸低速摩擦力特性的研究具有十分重要的意义。利用气体状态方程和热力学方程等推导出通用的气体流量、温度压力的一阶微分方程。从摩擦学的角度分析摩擦力和爬行机理，结合Stribeck效应和Karnopp分段模型推导出气缸摩擦力的数学模型，为建立气动元件和系统仿真模型奠定理论基础。以SMC的CEP1系列单杆双作用气缸和SMC的VQ100系列通直动式开关阀为物理模型，在AMESim环境下建立相应的元件仿真模型，并对气动仿真元件加以验证。充分利用AMESim在系统仿真建模简单、方便的长处，以及Matlab/Simulink数据处理能力方面的优势，将两款软件接口建立气动系统联合仿真模型。通过对仿真结的对比分析，检验Simulink中控制部分设计的合理性和可行性。利用联合仿真模型研究气动系统低速运行时摩擦力特性，观察不同工作压力、负载、缸径的条件下气缸速度波动情况和响应速度，来判断气缸爬行程度，总结气缸摩擦力特性在工作压力、负载和缸径因素影响下的变化规律。
黄俊[5]2006年在《气缸低速爬行特性及其特征判据的研究》文中提出气缸低速运动时有时会出现爬行现象，这会影响气缸的运动平稳性，严重的还会造成作业失误和设备损坏。气缸的爬行现象不可能完全地消除，只能通过预测爬行工况区并设定合适的气缸工作参数，使气缸避免出现爬行。然而气缸爬行是一种涉及多种因素的复杂现象，到底在怎样的工况参数下气缸不出现爬行，如何事先预测爬行出现以便能够避开爬行区，确定气缸正常工作范围，保持平稳运动状态，这是气缸设计和使用过程中一个国内外长期尚未解决的问题。 论文针对气缸低速爬行现象特征判据的课题，进行了深入的理论分析和试验研究。首先，深入地分析了气缸产生爬行现象的机理和影响因素。然后，以工业应用中常用的气缸为研究对象，对气缸摩擦力模型、判定气缸爬行的评价基准、气缸爬行工况参数判定式等内容进行了研究。 为了建立正确描述气缸爬行运动的数学模型和仿真模型，通过试验数据拟合，对常用的摩擦力模型进行了比较分析，指出了目前描述气缸爬行的摩擦力模型的局限性，建立了表征气缸爬行运动的摩擦力模型——Stribeck指数函数模型。与其它摩擦力模型相比较，Stribeck指数函数模型最能代表气缸出现爬行时的摩擦力变化情况，可以显着提高气缸动力学模型的精度。 通过试验指出了目前国际上使用的首次波幅判据存在的误判问题。在对气缸运动特性和爬行特性试验数据分析归纳的基础上，提出了气缸爬行速度二次波幅判据：当速度波动的二次波幅大于气缸平均运行速度的一半时，气缸出现爬行现象。此判据能够避免爬行现象的误判，为气缸爬行判定提供了一个评价基准。 在测试、分析比较多种气缸摩擦力模型的基础上，通过理论分析首次导出了气缸爬行理论判定式：当速度波幅系数λ＞1时，气缸出现爬行；反之，气缸不出现爬行。这一判定式可用于进气节流和排气节流两种回路中气缸爬行现象的预测，两者临界条件的表达式形式相同。综合考虑摩擦力、温度等因素，利用量纲分析方法，通过试验数据拟合和回归分析，首次提出了包含多个工况参数的气缸爬行综合回归判定式。通过对多种气缸进行试验测试分析，验证了此判定式的正确性和实用性，对气缸爬行理论判定式进行了修正。这是迄今为止获得的最简便实用的气缸爬行判定式，解决了由工况参数直接预测气缸爬行现象的问题，获得了日本SMC筑波技术中心相关研究人
吴国良[6]2007年在《气缸综合性能测试系统的研究》文中研究说明气缸是在气动自动化中应用比较广泛的元件之一，具有运动速度快，结构简单、制造成本低等一系列优点，因此广泛用于机械制造、冶金、石油、化工、轻纺、电子、仪器仪表、家用电器、自行车、缝纫、食品、医药卫生等机械和包装机械的气压传动系统中，以驱动工作机构实现预定的动作，进行自动化操作。正是由于气缸在工业中的广泛用途，而气缸性能的好坏决定了一个气缸的使用寿命和它的应用场合，因此气缸的性能指标就显得十分重要了，对气缸性能的测试在工业应用中对气缸的选择起着指导性的作用。本文就是建立一个试验平台，对气缸的各种性能进行测试，判断气缸的各个性能。本文主要分为四个章节：第一章首先介绍了一下气动技术的特点、应用现状和近几年来的发展趋势。然后简单介绍了气缸的特点和应用场合。接下来主要介绍了课题研究的意义，以及国内外对气缸性能研究的现状和主要方法，最后介绍了本课题研究的主要内容。第二章首先对气缸爬行的现象进行描述，深入详细的分析了气缸的爬行机理，从爬行的动力学模型推导出最小无爬行速度，然后分析了影响爬行的各个因素。接下来对气缸泄漏进行了分析，得到了泄漏的物理模型和泄漏公式，并且对气缸的输出力和速度性能进行了简单的分析。第叁章首先进行了试验台架的总体设计，然后分硬件和软件部分进行阐述。硬件部分包括驱动部分，传感器部分，数据采集卡以及连接件。软件部分包括多路数据采集系统和输出控制开关阀以及压力阀系统。软件开发是用Visual C++开发工具和C++语言。对于驱动部分，是用Festo公司提供的软件来编程进行速度和方向的控制。第四章对实验采集的数据进行处理，通过多项式的方式得出气缸摩擦力与速度之间的关系，得出气缸的最小无爬行速度；通过计算得出气缸的内、外泄漏量，并与理论允许的最大泄漏量进行比较分析；通过对位移数据的处理分析气缸的速度。
江秋斐[7]2010年在《变温环境下气缸静—动低值摩擦力的测试方法研究》文中提出随着气动技术的迅速发展,气缸作为常用的气动执行元件有着非常广泛的应用。气缸活塞和金属内壁之间摩擦力的不确定性,是影响其工作性能的重要因素之一。研究气缸运动时的摩擦力特性,建立不同速度下气缸运动的摩擦力模型,进而有针对性地采取有效措施,对于改善气缸运动性能起着重要作用。过去在气缸摩擦力特性方面的研究对象均为橡胶密封气缸,本课题研究的是新型的金属间隙密封气缸,针对这种气缸的微摩擦力的测量提出了一个实际的新课题。论文完成的主要研究工作包括以下几个方面：(1)根据金属间隙密封气缸摩擦力数值小的特性,设计和搭建了气压驱动和直线电机驱动两种测量系统(文中分别将其称为间测法和直测法)。比较实验表明,直测法测量精度高、数据一致性好、动摩擦力测量时可预设速度值,因此更适合于气缸低摩擦力的测量。(2)采用直测法获得了金属间隙密封气缸的静摩擦力和不同速度下的动摩擦力。结果表明,金属间隙密封气缸的摩擦力显着小于橡胶密封气缸,其数量级大约是橡胶密封气缸的1/10—1/5；动摩擦力特性随速度的增加而增加,首先呈多次方多项式关系,当增加到一定程度时,摩擦力与速度之间呈线性增加。静、动摩擦力均随缸径的增大而增大。(3)为了通过实验手段测量不同温度条件下(0℃～50℃)的摩擦力情况,本课题自制冷热双向恒温箱,可实现0℃～50℃的温度调节,并解决了采用普通恒温箱进行实验时存在的多个问题。(4)采用上述变温系统进行摩擦力测量实验,结果表明：随着温度的升高,静摩擦力总体呈下降趋势；动摩擦值随温度的变化过程比较复杂,在速度较低时,动摩擦力受温度变化的影响不明显,当速度较高时,其值随温度的升高基本呈下降趋势。通过对不同温度条件下低摩擦气缸的摩擦力测量方法的研究,获得了某新型气缸的摩擦力特性数据,可为实际工程应用提供技术参考。
高焓[8]2017年在《弹性密封振动减摩特性及其在气缸中的应用研究》文中研究表明气压传动具有清洁度高、维护简单、成本较低、便于集中供气和中远距离输送等特点,因此被广泛应用于食品、药品加工、半导体与微电子制造业,以及医疗辅助器械等领域。活塞式气缸中的弹性橡胶圈在提供气缸腔体间密封或与外界的密封的同时引入了不可避免的摩擦力,它是影响气缸定位精度和传递稳定性的最重要因素之一。振动减摩,即作用于摩擦副表面的高频振动可以减小摩擦力的现象,引起了很多相关领域学者的重视。因此,将高频振动作用于气缸摩擦副成为了一种全新的改善气缸摩擦力特性的方法。本文首先分析了一般摩擦副的摩擦力模型,并对气缸摩擦力模型进行了比较与分析,然后对几种不同方向振动对弹性密封摩擦副之间摩擦力减小的特性进行研究。得到通过振动方式减小气缸摩擦力的理论与实验基础。当振动方向与摩擦副所在平面平行时,高频振动的引入时刻在改变摩擦力的方向,因而通过计算可以得到摩擦力的平均值有明显的减小。分别基于库伦摩擦力模型及达尔摩擦力模型研究了振速-滑动速度比对振动摩擦系数的影响,探索更适用于描述气缸在振动条件下的摩擦力规律的物理模型。当振动方向垂直于摩擦副所在平面时,摩擦力是通过减小实际接触面积而降低的。通过理论分析得到,振幅这一参数对减摩幅度起到非常重要的作用,即振幅越大,摩擦力越小。通过对激振区域为减摩效果产生影响的理论计算得知,优化被激振体的位置从而使得摩擦副间的平均振幅得到提高将有助于减摩效果的提升。这也对后续减摩气缸的研制提供了理论依据。通过研究平面接触的橡胶与铝合金材料之间的振动减摩效果初步证实了将振动应用于气缸减摩的可行性。然后经过等效后的密封圈与缸筒摩擦副之间的摩擦力特性进一步论证了橡胶圈与缸筒材料间的接触形式的振动减摩适用性。在一个更加贴近于气缸真实工作条件的摩擦力环境下,高频振动有效提高了整合了压电迭堆的气缸结构的摩擦特性。通过实验研究了与振动密切相关的一些主要参数对减摩的影响,以指导后续利用振动方式减小气缸摩擦力的研究。上述主要参数包括振动下的法向压力、振幅、振-滑速度比、激振区域等。验证了无论有、无振动,库伦定律均适用于气缸摩擦副,同时,随着振幅的增大,摩擦副间的静摩擦力随之减小,其数值最大可以减小为初始摩擦力的22.6%。在有润滑剂存在时,振动减摩效应依然存在,其减摩比例在50%左右。在对振速-滑动速度比对振动摩擦系数的影响的实验中发现,通过基于达尔摩擦力模型计算出的结果是更适用于描述振动条件下的摩擦力变化规律的。它考虑了摩擦副材料的剪切刚度及其在微观条件下的滑前位移,因此更适用于描述气缸中的摩擦力在振动下的变化。在对橡胶材料与金属平板之间摩擦力的研究中发现,当摩擦副处于振动平板的平均振幅最大的位置上可以实现最佳的减摩效果,这为后续对减摩气缸结构的合理研制提供了依据。基于对本研究中振动条件下气缸摩擦力及其影响因素的分析,提出了一种基于压电迭堆的逆压电效应、可实现弯曲振动与纵向振动两种模态的减摩气缸。搭建了能够完成对气缸样机进行静、动摩擦力测试的摩擦力测试系统。通过分别测试两种模态下气缸的摩擦力变化情况来检验气缸在两种振动模态下的摩擦力特性。弯曲、纵向振动模态下气缸的静摩擦力可以分别降低为原摩擦力的33%和52.6%左右。通过对气缸在两种模态下的动摩擦力研究,并进一步比较两种条件下的减摩效果可以看出,具有振幅放大作用的弯振模态具有更好的减摩效果,在谐振频率下其减摩比可以达到50%。当工况条件下提高气缸的工作压力时,减摩效果被削弱。在对振速与滑动速度的比对振动摩擦系数的影响的研究中发现,工作于纵向振动模态的减摩气缸出现减摩效果的条件是振速与滑动速度之比要大于1,即当振幅与频率一定时,滑动速度要低于某个临界值。为了使减摩气缸的体积更小、结构更加简单、集成化程度更高,从而在一些特定应用场合中有更大的应用潜力,提出了一种可实现气缸活塞杆密封处径向振动模态的减摩气缸。利用直线电机辅助驱动的的摩擦力实验台完成对气缸样机的静、动摩擦力测试。通过实验测试的手段分析与验证振动气缸的减摩原理,在谐振频率为144 k Hz左右的径向振动模态下,气缸的静摩擦力可以降低为原摩擦力的53.3%左右。在工况条件下提高气缸的工作压力时,减摩效果被削弱,这也为该领域研究中气体压力对减摩气缸的影响提供参考。在对低速动摩擦力的研究中发现,增大气缸摩擦副处的振幅将使得其位移及动摩擦力曲线更加光滑,从而使粘-滑现象消失,运动变得更加平稳。这也进一步表明了摩擦副间处于振动状态有利于提高气缸低速运动时速度与力的稳定性。这为后续开展通过振动方式来减小气缸摩擦力,提高气缸低速运动稳定性与定位精度的应用研究提供基础。
陈剑锋[9]2011年在《基于LuGre摩擦模型的气缸摩擦力实验研究》文中进行了进一步梳理气缸作为气动系统中最常见的执行机构,以其结构简单、控制方便等优点,广泛应用于自动化生产中。近年来,随着微电子技术的飞速发展,气动技术与微电子技术相结合,气动伺服系统,特别是气缸位置伺服控制系统得到越来越广泛的应用,以满足工业设备的自动控制要求。然而,气动系统本身有不少不利于精确控制的弱点,其刚度比较差,非线性强。气缸的摩擦力特性,特别是低速状态下的摩擦力特性是影响其非线性的最主要因素之一,研究并掌握其特性对于更精确的伺服控制和爬行预测具有重要意义。对此,本课题综观国内外气缸摩擦力研究现状,在分析比较各种摩擦力模型和简要分析气缸摩擦力影响因素的基础上,结合实验室原有条件建立基于伺服电机的被动式气缸摩擦力测试台,实现被测气缸两腔气压与速度的独立控制。并以一无杆气缸和一单出杆气缸为例对其在不同气压、速度下的摩擦力进行测试分析,提出基于LuGre摩擦模型的各个动态和静态参数辨识和建模方法,并进一步研究供气压力和两腔压差对各个参数的影响,得出给定工作压力下被测气缸的摩擦力模型。最后根据实验结果,对于如何合理、有效率地测量和描述气缸摩擦力特性,提出了自己的一些有益建议。本论文主要分为四个章节：第一章本文的绪论部分,主要介绍了气动技术、气缸的特点和应用现状,以及国内外对气缸摩擦力的研究现状,并由此引出本论文的主要研究内容。第二章首先介绍了各种典型的摩擦现象,接着分析比较了现有的各种摩擦力静态和动态模型,简要分析了气缸摩擦力的影响因素,为摩擦力测试台的设计和测试结果提供理论依据。第叁章详细描述了气缸摩擦力测试台的设计,包括其方案原理、硬件组成和软件设计。第四章以一无杆气缸和一单出杆气缸为例,对其在不同气压、速度下的摩擦力进行测试分析,研究供气压力和两腔压差对气缸的LuGre摩擦模型的各个动态和静态参数的影响。最后根据实验结果总结出如何合理、有效率地测量和描述气缸摩擦力特性的一些原则。
张冬[10]2016年在《多工位药型端面包覆装置的设计与分析》文中进行了进一步梳理药型端面的包覆可以提高药型的燃烧渐增性。传统的药型端面包覆采用多人现场人工包覆,人工包覆方式生产人员劳动强度大,人为因素的不确定性也会造成包覆质量参差不齐,包覆生产间存在大量易燃药型且生产间为粉尘环境,如果发生爆炸,过多的生产人员会因逃脱不及时造成重大生产事故。为了解决这个问题,本课题在改进胶黏剂的基础上提出了实现自动化包覆,通过制定合适的自动包覆方案,设计相应的包覆装置,减少在线生产人员,提高生产安全性。药型包覆过程即为阻燃片的粘接过程,本文首先根据现场生产条件和粘接工艺过程分析实现自动包覆的可行性,制定自动包覆工艺和多工位的药型端面包覆方案。然后根据确定的多工位包覆方案设计相应的多工位药型端面包覆装置,其中包括装置的机械机构、动力来源和控制系统的设计。机械装置设计过程中围绕组合涂胶和阻燃片贴合两个关键问题设计了药型端面立式涂胶装置、阻燃片卧式涂胶装置、阻燃片贴合装置和多工位药型输送装置。本文设计的多工位包覆装置采用气压驱动,根据机械装置运动要求确定了气动元件和气动系统回路。在电气控制系统的设计中,确定了控制器、控制方式和端口分配以及控制程序。最后对研制的多工位药型包覆装置进行调试并分析解决了输送气缸偶发的抖动问题,并对包覆后的药型进行质量抽检。此外,为了保证自动包覆的安全,以使用环境作为重点考虑因素,分析了多工位包覆装置电气和非电气方面的防护措施。
参考文献：
[1]. 气缸低速摩擦力特性的研究及其建模与仿真[D]. 崔宗伟. 哈尔滨工业大学. 2008
[2]. 气缸低速摩擦特性的研究[D]. 谢祖刚. 浙江大学. 2003
[3]. 基于AMESim的高速开关阀控缸系统建模与低速特性仿真研究[D]. 徐海鑫. 哈尔滨理工大学. 2014
[4]. 气缸低速爬行时建模与仿真研究[D]. 刘欣岩. 哈尔滨理工大学. 2012
[5]. 气缸低速爬行特性及其特征判据的研究[D]. 黄俊. 南京理工大学. 2006
[6]. 气缸综合性能测试系统的研究[D]. 吴国良. 浙江大学. 2007
[7]. 变温环境下气缸静—动低值摩擦力的测试方法研究[D]. 江秋斐. 南京理工大学. 2010
[8]. 弹性密封振动减摩特性及其在气缸中的应用研究[D]. 高焓. 哈尔滨工业大学. 2017
[9]. 基于LuGre摩擦模型的气缸摩擦力实验研究[D]. 陈剑锋. 浙江大学. 2011
[10]. 多工位药型端面包覆装置的设计与分析[D]. 张冬. 中北大学. 2016