气动技术以其高速、安全、清洁等优点,在汽车、医疗器械、机器人等行业的应用愈来愈广泛。随着中国制造2025战略的实施,气缸在智能工厂的应用更为广泛,同时高精度等要求对气缸的动态摩擦特性提出更高的要求。因此,深入研究密封圈的摩擦特性及其机理,可为提高气缸的使用性能和服役寿命奠定基础。本文以典型的气缸密封圈为研究对象,采用理论分析、数值仿真和试验研究相结合的方法,系统地开展了气缸动态摩擦特性研究。首先,在国内外动静态摩擦模型研究的基础上,建立了考虑接触面积的Lu Gre摩擦预测模型。对考虑接触面积的气缸动态摩擦模型进行稳态模型的推导,并针对密封圈的摩擦模型的静态参数进行了表征。此外,针对气缸密封圈材料的老化行为,揭示了不同老化因素对气缸摩擦模型的参数影响规律,为气缸服役过程摩擦行为的研究奠定理论基础。其次,采用有限元方法,建立了橡胶密封材料动态摩擦仿真模型。基于密封橡胶材料应力-应变试验数据,拟合了丁腈橡胶材料的本构模型;采用ABAQUS有限元软件,建立了摩擦过程有限元模型;采用试验与仿真方法,开展了老化对橡胶摩擦过程中的动态接触面积的影响规律研究。再次,考虑气缸的表面质量和尺寸精度的影响,建立了气缸摩擦的多尺度仿真模型。采用DXS160数字显微镜,获取了气缸表面的三维形貌特征,基于此建立了粗糙表面表征模型;基于该模型,建立了复杂工况下气缸动态摩擦过程的宏微观仿真模型,研究了表面粗糙度及尺寸精度对气缸摩擦行为的影响规律,为高性能气缸密封与摩擦性能设计提供理论依据。最后,开展了复杂工况下密封圈的动态摩擦特性的试验研究。通过密封圈及密封材料的湿热老化试验研究,揭示了湿热老化对密封材料的压缩永久变形率、应力-应变及扯断伸长率等的影响规律;采用FTIR红外光谱分析对橡胶密封材料湿热老化机理进行了分析,揭示了橡胶老化与宏观力学性能的内在关系;基于自制的摩擦试验平台,开展了老化等因素作用下密封材料接触特性及摩擦特性的试验研究,验证了仿真结果的正确性。