基于超声减摩原理新型低摩擦气缸研制

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1、国内图书分类号：TH138.5学校代码：10213国际图书分类号：621.5密级：公开工学硕士学位论文基于超声减摩原理的新型低摩擦气缸研制硕士研究生：肖承丰导师：包钢教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TH138.5U.D.C.:621.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDEVELOPMENTOFANEWLOW-FRICTIONCYLINDERBASEDO

2、NULTRASONICVIBRATIONSINDUCEDFRICTIONREDUCTIONTHEORYCandidate：XiaoChengfengSupervisor：Prof.BaoGangAcademicDegreeAppliedMasterofScienceinEngineeringfor：Specialty：MechanicalandElectronicAffiliation：EngineeringSchoolofMech.andElectricalDateofDefence：Eng.July,2013De

3、gree-Conferring-HarbinInstituteofTechnologyInstitution：：哈尔滨工业大学工学硕士学位论文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

4、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

5、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，

6、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-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsacommonmodernautomatedproductionsystem,thepneumaticsystemiswidelyusedinmodernindustrialproduction.Cylinderisthemostimportantactuatorinpneumaticsystem,whosefrict

7、ioncharacteristicsisthemainreasonsforthecylinderstick-slipmotion.Recently,asanewwaytoreducethefriction,thefrictionreductionbyultrasonicvibrationshasattractedawideattention.Thisarticlewillintendstoappliedtheultrasonicvibrationtothetubeofcylinder,appliedtheultras

8、onicvibrationofthecylindertubetoimprovethefrictioncharacteristicsofpneumaticcylinder.Toachievethedesignofanewultrasoniccylinder,wemusttochoicetherationalmodeandthewayofexcit