气缸是气动系统的核心部件,被广泛的用于工业机械化和自动化中,并呈现出小型化、高性能等发展趋势。然而气缸在运行到行程末端时,会产生冲击端盖等接触介质现象并伴随不良振动和噪音,这主要是由于压缩介质的内在特性以及缓冲失效、安装不牢固等外在因素。气缸末端冲击问题一直是影响气缸性能和寿命的最核心因素,严重影响气缸的轻量化和高速化发展。针对这一现状,利用仿真分析、理论建模及优化等方式,对具有不同连接结构的气缸末端冲击动力学特性进行了较为系统的研究。首先,简要介绍了气缸的主要结构及相关特性,并利用ANSYS/LS-DYNA等软件选取了活塞与活塞杆之间两种不同连接结构的气缸模型进行了冲击动力学仿真,通过后处理对气缸的位移、速度等运动参数及冲击开始、分界线和结束三个时刻的应力分布情况进行对比分析,发现活塞与活塞杆之间采用一小段锥形轴孔配合形式连接的气缸在冲击过程中表现更优,为后文解析模型的建立及新结构的提出奠定了基础。其次,对现有冲击动力学模型进行了优化,考虑了活塞与活塞杆之间的连接结构对动力学模型的影响,通过振型叠加法和微分方程相关知识对考虑连接结构的气缸末端冲击动力学模型进行求解,得到了气缸冲击参数解析式,为之后的气缸设计及结构优化提供了依据,同时,增强了气缸末端冲击模型的通用性。然后,提出了一种活塞杆和活塞之间采用锥形轴孔配合的新型连接结构,完成了对该结构弹性力学的研究,建立了锥形轴孔过盈配合模型,从而得到了其等效刚度的表示方法,该模型的建立为锥形轴与孔过盈配合的研究奠定了理论基础,等效刚度的表示方法为气缸结构优化提出了新思路。同时,以具有该结构的气缸为研究对象,完成了对考虑连接结构的气缸末端冲击动力学模型的验证及分析。最后,进一步通过解析和仿真的角度,分析活塞与活塞杆之间三种不同连接结构的气缸对于其末端冲击参数的影响,同时,利用控制变量的方法,通过改变具有锥形轴孔配合连接结构的气缸重要参数,分析了对活塞与活塞杆连接处接触应力及气缸末端冲击参数的影响,为该结构气缸的加工制造及优化等工作提供了理论基础。通过对不同连接结构气缸末端冲击动力学的研究,为气缸结构改进与轻量化、表面性能处理、可靠性研究以及实际运用提供了一定的理论参考和数据依据。