高速伺服液压缸是冶金生产自动化装备的核心组成部分和液压伺服控制系统的执行机构,是整个控制系统的最后环节,也是系统中动态响应最低的环节,其性能好坏直接影响整个系统的控制精度和响应速度。而摩擦力和泄漏量是衡量高速伺服液压缸性能指标的重要参数,因此降低液压缸的摩擦力、提高其响应速度以及优化密封性能是实现伺服液压系统大功率、高精度控制、低泄漏量的关键。本文从提高高速可变间隙密封液压缸动态响应性能出发,引入仿生织构技术,在液压缸缸筒内表面构造仿生微织构形貌,研究变间隙密封液压缸在活塞变形唇边作用下的摩擦特性,以期实现低泄漏量的同时又能保证其低摩擦、高速化及高频响的性能。首先,提出缸筒内表面仿生微织构形貌优化设计与动压润滑模型。以液压缸缸筒与活塞之间缝隙流场为研究对象,分析推导流场中压力,并建立压力方程,在缸筒内表面构造仿生椭圆织构形貌和菱形织构形貌,建立动压润滑控制方程,以织构的横纵半轴长度为设计参数,利用五点差分法、循环迭代法以及辛普森积分公式等数学方法对其进行多参数变化的数值优化和分析比较,结果表明:最优的表面仿生微织构形貌是菱形织构形貌,其油膜承载力与无织构液压缸相比提高了9倍,与椭圆形织构相比也提高了近1倍,同时缸筒内表面的摩擦系数也降低到了无织构的八分之一。其次,提出表面粗糙度与表面织构对液压缸动态摩擦特性的耦合效应。基于Patir和Cheng的等效流量方法,推导并建立表面粗糙度与表面织构的耦合润滑数学模型,对润滑模型中的压力流因子、剪切流因子以及表面因子等流量因子进行确定并对润滑方程进行数值求解,最终得出:表面粗糙度与菱形织构形貌的耦合对缸筒内表面的润滑摩擦性能有极大影响,缸筒内表面的粗糙度并非越光滑越好,而是存在一个最优综合粗糙度值,使得缸筒内表面的油膜承载力最大、摩擦系数最小;同时摩擦副表面的粗糙峰走向对摩擦性能也有重大影响,即粗糙峰的走向与液流流动方向一致时将大大改善缸筒内表面的润滑特性。再次,从高速可变间隙密封液压缸的变间隙密封机理入手,分析变间隙密封液压缸的变间隙密封原理和运行中所产生的活塞偏心问题。重点分析活塞偏心对液压缸内泄漏以及缸筒内表面润滑性能的影响,同时分析液压缸活塞的相对运动速度以及当液压缸磨损时织构深度变化对缸筒内表面润滑性能的影响。最后,提出一种液压缸常用材料45#钢表面仿生织构的激光制备方法。以液压缸常用材料45钢制成试件,利用数控加工、磨削以及抛光等工艺获得试件基体,采用纳秒激光加工方法在其表面制备了不同形貌参数的菱形织构并进行试验,同时考虑到液压缸的实际运行工况,分别设计了摩擦副间隙变化、织构磨损深度变化和摩擦副相对运动速度变化对织构表面摩擦性能的影响实验并进行简单的分析。通过数值仿真结果与实验结果之间的相互印证,为仿生织构技术在液压领域的广泛应用奠定基础。