气悬浮无摩擦气缸的结构多目标优化设计 被引量：12

1

作者 路波 陶国良 +1 位作者 刘昊 向忠 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第14期1681-1686,共6页

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... 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。 展开更多

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 被引量：8

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作者 朱晓 陶国良 +3 位作者 刘昊 孟德远 班伟 钱鹏飞 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期214-220,共7页

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... 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. 展开更多

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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基于Fluent的无摩擦气缸活塞结构设计仿真 被引量：7

3

作者 孙建辉 倪旭光 +2 位作者 袁巧玲 单晓杭 周海清 《机电工程》 CAS 2013年第8期933-936,共4页

针对现有气缸-活塞结构径向承载力低、耗气量大以及工作失稳等问题,结合空气轴承的设计思路,提出了一种新颖的无摩擦气缸活塞的设计方法。利用流体仿真软件Fluent,建立了无摩擦气缸活塞的流体模型,并得到了气膜沿活塞轴向的压力分布情况... 针对现有气缸-活塞结构径向承载力低、耗气量大以及工作失稳等问题,结合空气轴承的设计思路,提出了一种新颖的无摩擦气缸活塞的设计方法。利用流体仿真软件Fluent,建立了无摩擦气缸活塞的流体模型,并得到了气膜沿活塞轴向的压力分布情况;同时,采用传统理论计算与Fluent仿真计算进行了对比研究,得到了活塞偏心率与径向承载力的关系。研究结果表明,传统理论计算与Fluent仿真计算结果基本吻合,后者在偏心率处于（0.1~0.3）范围内时,承载力计算误差低于3.2%;并且偏心率越小,仿真计算误差越小,说明利用Fluent对气缸活塞结构设计具有正确性以及可靠性。 展开更多

关键词 空气轴承 无摩擦气缸活塞 FLUENT

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无摩擦气缸活塞降低耗气量的FLUENT仿真 被引量：1

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作者 孙建辉 王威翔 《液压气动与密封》 2016年第10期3-6,共4页

该文以气浮恒张力装置降低耗气量为目标,针对无摩擦气缸活塞的间隙密封,节流孔做出改动,采用迷宫密封的形式显著的减小了耗气量,将活塞放在FLUENT中仿真,确定密封参数与节流孔径,最后在实物实验中获得验证。

关键词 无摩擦气缸活塞 迷宫密封 节流孔 FLUENT仿真

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基于气浮轴承的无摩擦气缸设计及参数优化 被引量：5

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作者 岳友飞 苏星 +3 位作者 李自胜 李顺顺 李星占 蔡勇 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期678-688,共11页

针对超精密垂直轴对无摩擦、高稳定性重力平衡系统的需求,本文设计了一种新式无摩擦气缸,并对气浮轴承的参数进行优化。首先,确定气浮轴承初始参数,据此建立基于ANSYS的有限元分析模型,将分析结果与工程计算、实验结果对比,验证仿真计... 针对超精密垂直轴对无摩擦、高稳定性重力平衡系统的需求,本文设计了一种新式无摩擦气缸,并对气浮轴承的参数进行优化。首先,确定气浮轴承初始参数,据此建立基于ANSYS的有限元分析模型,将分析结果与工程计算、实验结果对比,验证仿真计算的可靠性。然后,利用该模型,采用响应面优化方法,得到不同节流孔布置下(对应最佳气膜厚度时)的承载力、耗气量、抗弯力矩,选定最优气膜参数。分析结果表明承载力与节流孔个数呈现非线性变化关系,承载力随节流孔数量增加快速上升后基本保持恒定。采用双排节流孔布置,可以较少的节流孔个数保证抗弯力矩。最后针对优化前后的气缸进行了实验测试,分析发现参数优化后承载力提升约7.7%,抗弯力矩提升约15.7%。本文提出的基于响应面优化的气浮轴承参数优化设计高效可行,优化设计的新式气浮无摩擦气缸能够满足重力平衡系统的使用需求。 展开更多

关键词 无摩擦气缸 气浮轴承 有限元分析 超精密垂直轴 参数优化

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无摩擦气缸活塞的结构变形分析 被引量：1

6

作者 徐新正 孙建辉 +1 位作者 袁巧玲 单晓杭 《轻工机械》 CAS 2014年第2期87-90,94,共5页

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... 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。 展开更多

关键词 无摩擦气缸 活塞 结构变形 ANSYS Workbench软件

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基于粒子群优化算法的无摩擦气缸结构优化 被引量：7

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作者 刘昱 赵国新 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第9期3564-3570,共7页

静压气浮式无摩擦气缸作为气动重力补偿器中关键部件,其结构设计关键在于统筹兼顾各种相关因素,使其具有最优的性能。为优化无摩擦气缸的结构,提出在气缸结构设计中,存在一组最优结构参数,使得径向承载能力最大的同时保证相对较小的泄漏... 静压气浮式无摩擦气缸作为气动重力补偿器中关键部件,其结构设计关键在于统筹兼顾各种相关因素,使其具有最优的性能。为优化无摩擦气缸的结构,提出在气缸结构设计中,存在一组最优结构参数,使得径向承载能力最大的同时保证相对较小的泄漏量;通过分析气缸结构,推导其数学模型,得到单个参数对径向承载能力及泄漏量的关系;利用粒子群优化算法(PSO)对其结构参数进行优化,得到一组最优结构参数;该分析方法与结果对静压气浮式无摩擦气缸结构设计起到有效的指导作用。 展开更多

关键词 静压气浮式无摩擦气缸 结构优化 承载力 粒子群

原文传递

无模型控制器的无摩擦气缸控制仿真 被引量：1

8

作者 刘昱 赵国新 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2016年第3期347-350,共4页

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... 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。 展开更多

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 被引量：1

9

作者 刘昱 王安 +1 位作者 刘昌龙 宋玉宝 《机械设计与制造》 北大核心 2020年第6期11-15,共5页

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... 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. 展开更多

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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气浮式无摩擦气缸设计 被引量：2

10

作者 姚燕生 郭宝林 代祥 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2014年第2期89-91,103,共4页

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... 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。 展开更多

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

原文传递

气浮活塞优化设计及其径向承载力试验研究 被引量：2

11

作者 李想 吴洁 +4 位作者 陆阳勇 黄凯 周恒扬 刘磊 钱鹏飞 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第3期392-399,454,共9页

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... 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。 展开更多

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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新型双作用气浮气缸优化设计及其工况分析 被引量：6

12

作者 钱鹏飞 罗辉 +2 位作者 单位银 邹能祥 张兵 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期12-21,共10页

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... 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。 展开更多

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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基于电容测微原理的气缸活塞泄漏研究

13

作者 朱晓 陶国良 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期609-615,共7页

针对气浮无摩擦气缸的活塞泄漏流量大且难以直接建模的特点,提出基于电容测微原理的活塞耗气量建模方法.以活塞外圆柱面与缸筒内壁构成的偏心圆柱电容器的电容为研究对象,以高精度的流量测试系统为基础,设计一套测量装置,研究气体轴承... 针对气浮无摩擦气缸的活塞泄漏流量大且难以直接建模的特点,提出基于电容测微原理的活塞耗气量建模方法.以活塞外圆柱面与缸筒内壁构成的偏心圆柱电容器的电容为研究对象,以高精度的流量测试系统为基础,设计一套测量装置,研究气体轴承在单侧供气的情况下电容与供气压力及耗气量之间的关系.结果表明,活塞在缸筒内的偏心与电容呈现出显著的函数变化规律,可以作为研究活塞偏心的间接手段,提出活塞工作状态的指示变量及实现方法;以电容作为衡量活塞偏心的手段,以实验数据为基础建立供气压力与耗气量的离线数学模型,在保证精度的基础上避免了对活塞偏心直接测量,简化了建模工作. 展开更多

关键词 电容测微 活塞泄漏 无摩擦气缸 气体润滑

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零重力模拟气动悬挂系统的开发及关键技术 被引量：8

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作者 路波 陶国良 刘昊 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期890-896,共7页

为了模拟低频空间结构动力学测试时的零重力环境,研制出一种高精度的气动悬挂系统,解决了系统设计中的气动关键技术问题.从系统设计角度分析了试验装置的工作原理和系统参数对垂直悬挂频率的影响,以指导系统的低频设计.基于空气静压润... 为了模拟低频空间结构动力学测试时的零重力环境,研制出一种高精度的气动悬挂系统,解决了系统设计中的气动关键技术问题.从系统设计角度分析了试验装置的工作原理和系统参数对垂直悬挂频率的影响,以指导系统的低频设计.基于空气静压润滑的原理,设计了内部供压节流孔支撑的无摩擦气缸以消除系统的摩擦力,建立了活塞和缸筒间隙内气体泄漏流动和径向承载能力的数学模型,并分析了结构参数对其性能的影响,指出影响气缸性能的关键因素是活塞间隙和节流孔尺寸.利用比例阀构建了压力控制系统以实现高精度的重力补偿.试验结果表明,该气动悬挂系统可以满足低频、高精度和无摩擦的设计要求,验证了方案的可行性和有效性. 展开更多

关键词 零重力 气动悬挂系统 无摩擦气缸 压力控制 泄漏

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