气压传动具有清洁度高、维护简单、成本较低、便于集中供气和中远距离输送等特点,因此被广泛应用于食品、药品加工、半导体与微电子制造业,以及医疗辅助器械等领域。活塞式气缸中的弹性橡胶圈在提供气缸腔体间密封或与外界的密封的同时引入了不可避免的摩擦力,它是影响气缸定位精度和传递稳定性的最重要因素之一。振动减摩,即作用于摩擦副表面的高频振动可以减小摩擦力的现象,引起了很多相关领域学者的重视。因此,将高频振动作用于气缸摩擦副成为了一种全新的改善气缸摩擦力特性的方法。本文首先分析了一般摩擦副的摩擦力模型,并对气缸摩擦力模型进行了比较与分析,然后对几种不同方向振动对弹性密封摩擦副之间摩擦力减小的特性进行研究。得到通过振动方式减小气缸摩擦力的理论与实验基础。当振动方向与摩擦副所在平面平行时,高频振动的引入时刻在改变摩擦力的方向,因而通过计算可以得到摩擦力的平均值有明显的减小。分别基于库伦摩擦力模型及达尔摩擦力模型研究了振速-滑动速度比对振动摩擦系数的影响,探索更适用于描述气缸在振动条件下的摩擦力规律的物理模型。当振动方向垂直于摩擦副所在平面时,摩擦力是通过减小实际接触面积而降低的。通过理论分析得到,振幅这一参数对减摩幅度起到非常重要的作用,即振幅越大,摩擦力越小。通过对激振区域为减摩效果产生影响的理论计算得知,优化被激振体的位置从而使得摩擦副间的平均振幅得到提高将有助于减摩效果的提升。这也对后续减摩气缸的研制提供了理论依据。通过研究平面接触的橡胶与铝合金材料之间的振动减摩效果初步证实了将振动应用于气缸减摩的可行性。然后经过等效后的密封圈与缸筒摩擦副之间的摩擦力特性进一步论证了橡胶圈与缸筒材料间的接触形式的振动减摩适用性。在一个更加贴近于气缸真实工作条件的摩擦力环境下,高频振动有效提高了整合了压电叠堆的气缸结构的摩擦特性。通过实验研究了与振动密切相关的一些主要参数对减摩的影响,以指导后续利用振动方式减小气缸摩擦力的研究。上述主要参数包括振动下的法向压力、振幅、振-滑速度比、激振区域等。验证了无论有、无振动,库伦定律均适用于气缸摩擦副,同时,随着振幅的增大,摩擦副间的静摩擦力随之减小,其数值最大可以减小为初始摩擦力的22.6%。在有润滑剂存在时,振动减摩效应依然存在,其减摩比例在50%左右。在对振速-滑动速度比对振动摩擦系数的影响的实验中发现,通过基于达尔摩擦力模型计算出的结果是更适用于描述振动条件下的摩擦力变化规律的。它考虑了摩擦副材料的剪切刚度及其在微观条件下的滑前位移,因此更适用于描述气缸中的摩擦力在振动下的变化。在对橡胶材料与金属平板之间摩擦力的研究中发现,当摩擦副处于振动平板的平均振幅最大的位置上可以实现最佳的减摩效果,这为后续对减摩气缸结构的合理研制提供了依据。基于对本研究中振动条件下气缸摩擦力及其影响因素的分析,提出了一种基于压电叠堆的逆压电效应、可实现弯曲振动与纵向振动两种模态的减摩气缸。搭建了能够完成对气缸样机进行静、动摩擦力测试的摩擦力测试系统。通过分别测试两种模态下气缸的摩擦力变化情况来检验气缸在两种振动模态下的摩擦力特性。弯曲、纵向振动模态下气缸的静摩擦力可以分别降低为原摩擦力的33%和52.6%左右。通过对气缸在两种模态下的动摩擦力研究,并进一步比较两种条件下的减摩效果可以看出,具有振幅放大作用的弯振模态具有更好的减摩效果,在谐振频率下其减摩比可以达到50%。当工况条件下提高气缸的工作压力时,减摩效果被削弱。在对振速与滑动速度的比对振动摩擦系数的影响的研究中发现,工作于纵向振动模态的减摩气缸出现减摩效果的条件是振速与滑动速度之比要大于1,即当振幅与频率一定时,滑动速度要低于某个临界值。为了使减摩气缸的体积更小、结构更加简单、集成化程度更高,从而在一些特定应用场合中有更大的应用潜力,提出了一种可实现气缸活塞杆密封处径向振动模态的减摩气缸。利用直线电机辅助驱动的的摩擦力实验台完成对气缸样机的静、动摩擦力测试。通过实验测试的手段分析与验证振动气缸的减摩原理,在谐振频率为144 k Hz左右的径向振动模态下,气缸的静摩擦力可以降低为原摩擦力的53.3%左右。在工况条件下提高气缸的工作压力时,减摩效果被削弱,这也为该领域研究中气体压力对减摩气缸的影响提供参考。在对低速动摩擦力的研究中发现,增大气缸摩擦副处的振幅将使得其位移及动摩擦力曲线更加光滑,从而使粘-滑现象消失,运动变得更加平稳。这也进一步表明了摩擦副间处于振动状态有利于提高气缸低速运动时速度与力的稳定性。这为后续开展通过振动方式来减小气缸摩擦力,提高气缸低速运动稳定性与定位精度的应用研究提供基础。