气浮式无摩擦气缸设计.pdf

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1、第30卷第2期机械设计与研究Vo1.30No.220l4年4月MachineDesignandResearchAPR..2014丈章编号:1006—2343(2014)02-089-03气浮式无摩擦气缸设计姚燕生,郭宝林,代祥(安徽建筑大学机械与电气工程学院,合肥230601,E—mail:Y.ys@163.COIYI)摘要: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

2、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。关键词:无摩擦气缸;理论模型;气浮活塞设计;仿真分析;测试方法中图分类号:THI38文献标识码:AResearchandDesignonAFrictionlessAirCylinderwithAirBearingYaoYansheng,GuoBaolin,DaiXiang(S‘',hoolofMechanicalandElectricalEngineeringAnhuiJian

3、zhuUnivwersity,Hefei230601,China)Abstract:Thedefinitionandapplicationoffrictionlessaircylinderispresented.Accordingtotheleakagemodeloftheringpistonelearanceandanotherkindpistonclearancewithtworowsofholesinradialdirection,themainparameterswhich'affectleakagearediscussed.Onthebaseoftheoretical

4、analysisandexperiences,anewtypeoffrk·tionlesscylindercombinedofanovelpistonwithradialholesandsealgroovesisdesigned.Thedistributionofairpressureandvelocityintheclearanceofpistonandcylinderissimulatedbyusingcomputesoftware.Theresultsindicatesealgroovesenhancesealingandsupporting.Inaddition,two

5、devicesisinvestigatedtotestfictionlesscylinders’frictionperformance,experimentsshowthatthepistonwithradialholesandsealgroovescouldachieveminimalfrictionwhentheupwardmovement,andisinaflotationstatebycompressedair.Keywords:frietionlesscylinder;theoreticalmodel;flotationpistondesign;simulation;

6、testmethods气缸具有节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简密封时,由于高压腔内压缩空气会向低压腔内泄漏,存在缝单等优点。目前世界上已研制出所谓的无摩擦气缸产品隙流动(流态为层流),当形成完全气膜润滑支撑时,就可称有两类,一种足薄膜式结构,一种是气浮式结构。后者活塞谓为无摩擦气缸。Airpel—AB气缸就是这一类型,其活塞气与缸筒为IhJ隙密封并引入高压气体实现气膜润滑,两者的摩浮原理与推力气浮轴承相似。无摩擦气缸活塞启动和运动擦力仅来自气体的粘性力,由于空气粘度很小、摩擦力极低,时的工作性能很值得研究,此时驱动气体状态的变化为多变所以称之为无摩擦器件。过程,作者

7、在文献[9]中相关理论基础上研究了圆柱活塞应用类似气浮轴承的原理,日本CKD公司曾推出“零摩环形间隙密封的数学模型,见式(1)。擦气缸”,其利用活塞杆与内嵌多孔质材料的缸筒形成气浮Pi/1,一n+l—n+l、支撑;荚国AIRPOT公司的Airpel—AB单作用气缸采用了衙可一PJ一种特殊形状的不锈钢活塞,活塞正好与硼硅酸盐玻璃缸筒,一匹配,驱动气压在活塞周围产生了气浮效应。在文献[2—7]孺()+(1)巾的地面微重力环境模拟设备中,均应用了此类气浮式无摩擦气缸,并作为竖直方向平衡空间目标重力

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