基于超声减摩原理的新型低摩擦气缸及其特性研究

基于超声振动的减摩效应，将超声振动施加于气缸，使得气缸活塞密封圈与缸筒以及活塞杆密封圈与缸盖等摩擦副间处于超声振动状态，减小各摩擦副间的动静摩擦系数的差值，降低气缸低速运行时摩擦副间的动静摩擦力的变化，达到解决气缸低速运行时出现爬行等问题的目的。通过设计装有压电元件的新型结构的气缸缸筒和活塞，实现在气缸外壁与活塞上施加超声振动，研制基于超声减摩原理的新型低摩擦气缸。通过改变超声振动的频率、振幅、激振位置等参数，分别利用压电元件的纵向与扭转振动模态，研究超声振动作用下气缸低速运行时摩擦力、爬行等特性，建立其理论与仿真模型，得出超声减摩作用下气缸特性的变化规律，为改善气缸低速运行时的摩擦力特性研究提供一种新的研究思路。

本项目利用超声振动的减摩效应，提出了一种降低气缸摩擦力，改善气缸摩擦特性的实现方法。研究了超声振动降低气缸摩擦力的作用机理，研制了超声减摩气缸原型样机。项目研究工作完成情况以及取得的主要研究成果如下。. 通过建立超声振动下金属-橡胶平面接触摩擦副间摩擦力的物理模型，推导出超声振动在铝合金平板上传播的波动方程，揭示了超声振动的频率、振动幅值等振动特性参数对金属-橡胶平面接触副摩擦力的影响规律。同时，以超声电机为基础研究了超声驱动特性。. 以气缸密封圈与缸筒内壁之间的摩擦力为研究对象，针对不同工况与约束条件，分别建立了缸筒外壁它激式、缸筒端部它激式以及缸筒弯曲振动自激式等超声振动施加形式下的气缸摩擦力的数学模型。通过分析超声振动的频率、幅值、相位差等参数对气缸摩擦力的影响，揭示了基于超声振动减摩效应的气缸减摩作用机理。. 利用ANSYS有限元仿真软件，分别建立了缸筒外壁它激式超声减摩气缸、缸筒端部它激式纵向振动超声减摩气缸以及缸筒弯曲振动自激式超声减摩气缸的有限元仿真模型。通过开展振动模态、谐响应以及瞬态仿真分析，提出了超声减摩气缸的设计方法。. 研制出利用超声换能器的超声振动它激式减摩气缸以及采用压电片贴片式超声振动自激式减摩气缸多种原型样机。通过搭建气缸摩擦特性测试系统，完成了系列超声振动减摩气缸样机的摩擦力特性测试实验研究，实现了对本项目中所提出的采用超声振动减摩效应降低气缸摩擦力研究方法的有效验证，取得了较好的实验效果。. 在本项目的研究过程中，发表学术论文11篇，其中SCI检索论文1篇，EI检索论文7篇；申报发明专利6项，其中1项发明专利已获授权；培养研究生6名，其中博士研究生2名，硕士研究生4名，较好的完成了申请书中预定的研究成果目标。