Em resposta à necessidade de um sistema de equilíbrio gravitacional sem atrito e de alta estabilidade para um eixo vertical ultra-preciso, este artigo projeta um novo cilindro pneumático sem atrito e otimiza os parâmetros do mancal de ar. Primeiramente, foram determinados os parâmetros iniciais do mancal de ar, com base nos quais um modelo de análise por elementos finitos baseado no ANSYS foi estabelecido; os resultados da análise foram comparados com cálculos de engenharia e resultados experimentais para validar a confiabilidade da simulação. Em seguida, utilizando este modelo, empregou-se o método de otimização por superfície de resposta para obter a capacidade de carga, o consumo de ar e o momento de resistência à flexão sob diferentes disposições dos orifícios de estrangulamento (correspondentes à espessura ótima do filme de ar), selecionando os parâmetros ótimos do filme de ar. Os resultados mostraram que a capacidade de carga apresenta uma relação não linear com o número de orifícios de estrangulamento, aumentando rapidamente com o número desses até se estabilizar basicamente. A disposição de orifícios de estrangulamento em fileira dupla pode garantir o momento de resistência à flexão com um menor número de orifícios. Por fim, foram realizados testes experimentais nos cilindros antes e depois da otimização, e a análise revelou um aumento na capacidade de carga de cerca de 7,7% e no momento de resistência à flexão de cerca de 15,7%. O design otimizado dos parâmetros do mancal de ar baseado na otimização por superfície de resposta é eficiente e viável, e o novo cilindro pneumático sem atrito pode atender às exigências do sistema de equilíbrio gravitacional.

cilindro pneumático sem atrito; mancal de ar; análise por elementos finitos; eixo vertical ultra-preciso; otimização de parâmetros