气缸低速摩擦力特性的研究及其建模与仿真

论文摘要

气动技术具有成本低、重量轻、无污染、维护方便和抗干扰强等优点,使其在工业生产中得到广泛应用,已成为当今实现自动化的重要手段。由于半导体、瓷器、玻璃等工业应用场合的需要,对气缸的低速运动特性提出更高的要求,同时计算机仿真技术越来越深入工业设计之中。所以对气缸低速摩擦力特性和仿真模型的研究有很重要意义。首先从摩擦学的角度进行摩擦力和爬行机理的理论研究;分析了摩擦力的产生的四个动态阶段和摩擦记忆等特性,对比研究了摩擦力的静、动态数学模型和影响气缸爬行的因素,推导了带有Stribeck效应的分段Karnopp模型作为气缸的摩擦力模型。分别构建了气缸摩擦力测试实验台和气缸微位移实验台,并在LabVIEW环境中设计了实验台的软件部分。利用实验台研究了气缸匀速运动和爬行运动时的摩擦力特性,验证了低速时摩擦力随速度增加而非线性减小的特性;并试验分析了工作压力、负载和缸径等因素对气缸爬行现象的影响;同时还初步研究了气缸的预位移和摩擦力的关系。最后利用AMESim平台,以双作用气缸元件创建为例,介绍了AMESet工具工作流程,并改进了软件中所有直线气缸模型。经过实验对比和系统仿真验证,新模型可以较准确的反映气缸低速摩擦力特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及背景
• 1.2 气缸摩擦力的特性研究概况
• 1.3 气动系统计算机仿真的发展
• 1.3.1 AMESim气动元件库模型分析
• 1.3.2 现有气缸模型分析
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 摩擦力机理分析
• 2.1 摩擦产生的机理和特性分析
• 2.1.1 摩擦概论
• 2.1.2 摩擦力的四个动态阶段
• 2.1.3 摩擦力的特性
• 2.2 摩擦力的数学模型介绍
• 2.2.1 经典静态模型
• 2.2.2 新的动态模型
• 2.2.3 摩擦力数学模型小结
• 2.3 爬行现象分析
• 2.3.1 爬行现象的物理模型
• 2.3.2 气缸爬行现象分析
• 2.3.3 气缸爬行现象影响因素
• 2.4 本章小结
• 第3章 气缸元件的数学模型
• 3.1 温度压力方程
• 3.2 流量方程
• 3.3 气缸摩擦力的产生及动力学方程
• 3.4 本章小结
• 第4章 气缸低速摩擦力特性的实验研究
• 4.1 气缸摩擦力特性的测试方法
• 4.1.1 一般性质的摩擦力
• 4.1.2 气缸的预位移
• 4.2 实验台的设计和搭建
• 4.2.1 实验台硬件设计
• 4.2.2 实验台软件部分
• 4.3 实验结果分析
• 4.3.1 气缸摩擦力的实验特性
• 4.3.2 最大静摩擦力
• 4.3.3 爬行影响因素的研究
• 4.3.4 预位移
• 4.4 本章小结
• 第5章 气缸模型创建与验证
• 5.1 气缸仿真模型的变量介绍
• 5.1.1 端口和外部变量
• 5.1.2 局部变量和内部变量
• 5.1.3 变量和参数的类型
• 5.2 气缸仿真模型创建
• 5.2.1 端口设置
• 5.2.2 变量参数设置
• 5.2.3 模型的其它设置
• 5.2.4 主要计算程序
• 5.3 气缸仿真模型的验证
• 5.3.1 基本特性验证
• 5.3.2 速度控制验证
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢