气动技术是工业机械自动化的一种重要技术手段。气缸作为气动系统中最为常见的执行机构,摩擦力成为影响气缸性能中非常重要的一个环节。结合气缸发展,气浮式无摩擦气缸的研究得到关注。本文将气浮轴承与低摩擦气缸相结合,利用气浮特性降低气缸运行时摩擦力,使其能够运用于精密控制以及高响应控制等场合。以气浮轴承特性为基础,深入研究气浮式无摩擦气缸结构参数指标、静态特性指标以及动态特性指标之间影响关系。提出一套完整的气浮式无摩擦气缸设计方案。本文主要研究内容如下：(1)确定气浮式无摩擦气缸结构,主要包括气缸体和活塞体。活塞体采用自主研发设计的具有气浮特性的气浮轴承。(2)为实现活塞体功能,对其表面进行精确的压力分布控制,建立一套完善包含负载考虑的活塞数学模型,包括一维解析数学模型和二维数值数学模型,并确定其压力分布关系。提出静态特性指标,包括径向承载力和气体泄漏量。采用基于二次开发的MATLAB PDE Tools求解二维数值数学模型,并以双排孔活塞模型作为研究对象,仿真分析各种活塞结构参数对其的影响,并验证一维解析数学模型和二维数值数学模型的可行性,以及模型应用范围。(3)气缸活塞参数较多,合理统筹参数类别,将静态特性作为优化目标,提出一种受限约束优化方法(COPT),通过与不同权值的加权优化方法(WOPT1,WOPT2)对比,验证受限约束优化方法(COPT)的可靠性和实用性。可根据用户的需求选择合适的活塞结构参数的优化解集。(4)运用AMESim和Simulink建立带有气体内泄漏模块的气缸动态模型。分别在不同的控制输入(换向阀控制电压给与时间Tstep、换向阀控制电压Ustep)、激励参数(供气压力Ps、负载质量M)、活塞结构设计参数条件下进行动态性能的仿真对比,验证静态性能的重要性以及结构参数的优化对气缸运行中的重要影响。进行测试实验台的总体设计,提出气浮式无摩擦气缸样机的性能测试方法。