金属密封气缸摩擦特性及低速摩擦现状及发展趋势研讨.doc

金属密封气缸摩擦特性及低速摩擦研究现状及发展趋势 摘 要 气缸简单的说就是引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形技术机件，它具有制造成本低、稳定性高以及燃料消耗少等优势，其种类包括：单作用气缸、双作用气缸以及膜片式气缸和冲击式气缸，其中，单作用式气缸是仅一端有活塞杆，从活塞两侧生产气压，气压推动活塞产生推力伸出，考弹簧或自重返回；而 双作用气缸主要就是用膜片代替活塞，只在一个方向输出力，用弹簧复位，它的密封性能好，但行程短；而冲击气缸主要就是一种新型的元件，它能够吧压缩气体的压力转换为活塞高速运动的动能，进而引起活塞运动。近年来，各种大型工业的高速发展，特别是在半导体、瓷器以及玻璃等行业中，机械零件的加工和磨 削，需要非常慢的低速驱动，这也就是要求气动执行元件气缸等保持低速摩擦[1]。 新型金属密封气缸采用间隙密封原理,大大减小了气缸的摩擦力。对于这种新型气缸目前还没有对其摩擦力进行研究,因此需要对摩擦力进行测试,从而获得摩擦力特性的基本数据,为实际工程应用提供技术参考。另外,由于摩擦力特性的改善,研究采用金属密封气缸组成的位置伺服系统,对提高气动伺服系统的精度和稳定性有着重要意义[2]。 关键词：气缸；气动技术；低速摩擦；金属密封气缸；摩擦力测量 1 绪论 摩擦力是气动伺服系统难以获得满意的稳态位置精度的影响因素之一,由于摩擦力的存在,系统易出现爬行运动一。目前气缸所采用的密封大致分为两类：动密封和静密封。缸筒和缸盖等固定部分所需的密封称为静密封,而活塞在缸筒里作往复运动及旋转所需的密封称为动密封。流体的动密封主要分成接触式、非接触式、组合式和封闭式等四大类。气缸的摩擦力就是由动密封产生的,目前在气缸密封技术方面普遍采用的是接触式密封,如形圈和唇形圈等橡胶弹性密封圈。这种密封方式使得气缸在运动时,活塞和气缸壁之间不可避免地会产生较大的摩擦力。 间隙密封属于非接触密封的一种,又叫硬质密封,是指依靠密封零件之间的配合间隙来保证相邻通道的密封,间隙密封对零件的配合尺寸和制造精度要求高,对材质的要求高。它的原理是当流体流经间隙很小的流道时会产生一个较大的气阻,从而以保证很小的泄漏损失来达到密封的目的,因此也被称为“流动密封”[3],应用非接触间隙密封最突出的优点是摩擦损耗小。新型金属密封气缸正是利用了这样的密封原理,因此可以从根本上减小气缸摩擦力的产生,提高气缸的运动性能。 由于爬行现象[4]严重影响了气缸运动平稳性，实际使用过程中，在满足气缸低速运动的前提下，常常将气缸平稳运动的最小运行速度设定得较高，从而保证气缸一定不会出现爬行。而实际上，当气缸在这个设定的最小运行速度之下的速度范围内工作时，也有可能达到平稳运动状态。也就是说，设定的保证气缸不出现爬行的工作范围比气缸实际的正常工作范围小。因此可以说，由于低速爬行现象的存在，缩小了气缸的正常工作范围。要消除气缸低速运动过程中的爬行现象是不可能的，我们只能在了解其规律的基础上，顺应它．意即；通过设定合适的工作参数，使气缸在一定工作范围内避免出现爬行，从而保证气缸在正常工作范围内平稳运动．然而，影响气缸运动状态的因素很多，如气缸结构、气缸所用密封圈和润滑脂的种类、使用压力、负载质量、温度等。工况条件变化，气缸的运动状态会随之发生变化。那么，到底在怎样的工况条件下气缸不出现爬行，如何事先预测爬行出现从而避开爬行区，确定气缸正常工作范围，这是气缸设计和使用过程中一个国内外长期尚未解决的问题。目前在气缸低速爬行研究中，大都是采用试验尝试法，即首先通过大量的试验实测出某一具体型号气缸低速平稳运动的最低无爬行速度(即出现爬行的临界平均速度)，然后通过调整使用压力等工作参数使气缸的运行速度高于最低无爬行速度，从而达到气缸平稳运动的使用要求。该方法既耗时又费力，并且，由于气缸爬行与负载、环境温度等因素有关，当负载或环境温度发生变化时，即便气缸运动速度高于最低无爬行速度，也有可能出现爬行现象．也就是说，仅依据最低无爬行速度不能保证气缸在任一工况参数下都不会出现爬行。由此可见，如何正确分析各个因素对气缸低速爬行的影响程度，找出正确判定气缸是否出现爬行的方法，采取有效措施避免爬行现象仍然是气缸低速运动研究和应用中的一个难点．因此，需要一种判定方法，在设计系统时通过气缸结构参数和驱动条件就能够事先预测气缸是否会出现爬行．如果能够得到包含使用压力、运动速度、负载等多个工况参数的气缸爬行判定式，将对气动系统工作参数的合理选择，避免爬行现象具有重要的参考价值；另一方面，对于元件的优化设计，扩大气缸正常工作范围具有重要的指导意义。 2 金属密封气缸简介 气缸性能[5]受多方面因素的影响,其中气缸的密封性能及摩擦力是影响气缸性能的重要因素。气缸密封在起到防止气体泄漏作用的同时,直接影响