基于超声减摩原理的新型低摩擦气缸研制

发布时间：2017-04-27 09:12

  本文关键词：基于超声减摩原理的新型低摩擦气缸研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气动系统作为现代自动化生产的常用系统已在现代工业生产中得到了广泛的应用。气缸作为其最常用的执行元件，其动静摩擦力不同的特性是影响气动系统低速产生爬行的主要因素之一。近来，超声减摩作为一种新型的减摩方式逐渐被广泛关注。本文拟将超声振动施加于气缸缸筒，利用气缸缸筒的超声减摩改善气缸的摩擦力特性。 为实现超声减摩气缸的设计，需要合理选择的气缸的激振模态和激振模式。本文阐述了梁结构的弯曲、扭转和纵向振动的振型函数以及频率公式，并给出其对应的激振方式。特别的给出了圆筒型梁的多波弯曲振动模态，分析了其振型的特点，阐述了其压电陶瓷片夹心式的激振方式，为超声减摩气缸的研制提供了指导。 依据缸筒的振动特性选择了基于缸筒纵向振动和缸筒弯曲振动的激振模态，设计出了基于超声换能器的缸筒纵向振动的超声减摩气缸和基于贴片式的缸筒弯曲振动模态超声减摩气缸。并分别给出了其激振的工作原理，推导了其超声振动时质点的椭圆运动轨迹。同时，研究了两种类型的超声减摩气缸的减摩机理，，得出超声减摩气缸的减摩效应与超声振动的振幅成正相关的特点。 基于ANSYS有限元仿真对两种类型的超声减摩气缸分别进行了模态、谐响应和瞬态仿真分析，得到了其谐振频率以及振型云图，分别验证了减摩气缸激振方式的合理性和可行性，以及质点的椭圆运动轨迹，实现了两种类型的超声减摩气缸的研制。同时研究了激励电压与超声减摩气缸振幅的关系，为实验提供了指导。 搭建了用于超声减摩气缸特性研究的测试系统，完成了超声减摩气缸样机的性能测试。在引入超声振动后，气缸的静摩擦力最大可以减少到常态下的45.7%。两种类型超声减摩气缸的减摩率都与电压成正比。弯曲振动式超声减摩气缸的减摩率和气压基本成反比，纵向振动式的超声减摩气缸的减摩率基本不受气压影响。超声减摩气缸同时改善了气缸摩擦力历时时间的变化特性。
【关键词】：气缸 超声振动 减摩 摩擦力 FEM
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH138.51
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题的来源与背景10
• 1.2 课题的研究目的与意义10-11
• 1.3 改善气缸摩擦特性的国内外研究现状11-13
• 1.4 超声减摩的研究进展13-19
• 1.4.1 超声减摩的基本原理14
• 1.4.2 超声减摩的国内外研究进展14-19
• 1.5 本课题的研究内容19-21
• 第2章 缸筒等梁式结构的振动特性及激振方式21-30
• 2.1 引言21
• 2.2 缸筒约束方式分析21-22
• 2.3 梁的弯曲振动形式与激振方式22-23
• 2.3.1 梁的弯曲振动形式22-23
• 2.3.2 梁弯曲振动的激振方式23
• 2.4 梁的纵向振动形式与激振方式23-25
• 2.4.1 梁的纵向振动形式23-24
• 2.4.2 梁纵向振动的激振方式24-25
• 2.5 梁的扭转振动形式与激振方式25-27
• 2.5.1 梁的扭转振动形式25-26
• 2.5.2 梁扭转振动的激振方式26-27
• 2.6 圆筒梁的多波弯曲振动形式与激振方式27-29
• 2.6.1 圆筒的多波弯曲振动形式27-28
• 2.6.2 圆筒梁的多波弯曲振动的激振方式28-29
• 2.7 本章小结29-30
• 第3章 超声减摩气缸的结构设计与减摩机理分析30-47
• 3.1 引言30
• 3.2 缸筒振动模式选择30-31
• 3.3 纵向振动式超声减摩气缸结构设计与减摩机理分析31-37
• 3.3.1 纵向振动式超声减摩气缸结构设计31-33
• 3.3.2 纵向振动式超声减摩气缸工作原理33-34
• 3.3.3 纵向振动式超声减摩气缸减摩理论分析34-37
• 3.4 弯曲振动式超声减摩气缸结构设计与减摩原理分析37-45
• 3.4.1 弯曲振动式超声减摩气缸结构设计37-38
• 3.4.2 弯曲振动式超声减摩气缸工作原理分析38-41
• 3.4.3 弯曲振动式超声减摩气缸减摩理论分析41-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 超声减摩气缸有限元仿真分析47-60
• 4.1 引言47
• 4.2 ANSYS 仿真流程47
• 4.3 缸筒纵向振动式超声减摩气缸仿真分析47-53
• 4.3.1 缸筒纵向振动式超声减摩气缸模态分析47-49
• 4.3.2 缸筒纵向振动式超声减摩气缸谐响应分析49-52
• 4.3.3 缸筒纵向振动式超声减摩气缸电压激振分析52-53
• 4.4 缸筒弯曲振动式超声减摩气缸仿真设计53-59
• 4.4.1 缸筒弯曲振动式超声减摩气缸模态分析53-54
• 4.4.2 缸筒弯曲振动式超声减摩气缸谐响应分析54-56
• 4.4.3 缸筒弯曲振动式超声减摩气缸瞬态分析56-59
• 4.4.4 缸筒弯曲振动式超声减摩气缸电压激励分析59
• 4.5 本章小结59-60
• 第5章 超声减摩气缸的实验研究60-74
• 5.1 引言60
• 5.2 实验样机60-62
• 5.2.1 纵向振动式超声减摩气缸样机60-61
• 5.2.2 弯曲振动式超声减摩气缸样机61-62
• 5.3 超声减摩气缸性能测试系统62-65
• 5.3.1 硬件的实现62-63
• 5.3.2 软件的实现63-65
• 5.4 纵向振动式超声减摩气缸性能测试65-69
• 5.4.1 超声减摩气缸工作频率的确定65
• 5.4.2 气缸摩擦力分布特性65-66
• 5.4.3 历时时间气缸静摩擦力测试66-67
• 5.4.4 超声减摩气缸静摩擦力测试67-69
• 5.5 弯曲振动式超声减摩气缸性能测试69-73
• 5.5.1 弯曲超声减摩气缸工作频率的确定69-70
• 5.5.2 气缸静摩擦力分布特性70
• 5.5.3 历时时间气缸静摩擦力测试70-71
• 5.5.4 超声减摩气缸静摩擦力测试71-73
• 5.6 本章小结73-74
• 结论74-75
• 参考文献75-79
• 攻读学位期间发表的学术论文及专利79-81
• 致谢81

【参考文献】

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本文编号：330333