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自冲铆机械内锁结构形态的超声无损检测方法

机械工程学报 2024年第2期60卷 10-16页

作者：曾凯田海邢保英张洪申王凯伟何晓聪昆明理工大学云南省先进装备智能制造技术重点实验室昆明650500

自冲铆机械内锁区的结构特征直接影响着结构件连接强度和疲劳寿命,是其成形质量评价的重要指标。主要开展自冲铆机械内锁几何特征尺寸及缺陷的无损检测方法研究。基于聚焦超声探头焦平面声压分布,建立结构体边缘声强分布理论公式,并进... 详细信息

自冲铆机械内锁区的结构特征直接影响着结构件连接强度和疲劳寿命,是其成形质量评价的重要指标。主要开展自冲铆机械内锁几何特征尺寸及缺陷的无损检测方法研究。基于聚焦超声探头焦平面声压分布,建立结构体边缘声强分布理论公式,并进行试验验证,明确声束扫描结构体边缘时反射回波信号的演变规律,据此提出一种自冲铆钉脚扩张直径的无损检测方法。结果表明:当超声声束靠近钉脚尖边缘时,回波反射声强的变化率呈现先增大再减小的趋势;反映在钉脚扩张底平面上的超声C扫图中时,对应钉脚尖边缘处的灰度-位置曲线的斜率也存在相同的变化趋势,其灰度值变化率的“极值点”可作为钉脚扩张直径测量的边界点。与实际试件剖切测量结果相比较,该检测方法的相对误差为0.14%~1.87%,验证了该方法的可行性。其次,通过分析扩张底平面上的超声C扫图,还可直观地甄别出铆接过程出现的铆接偏心、裂纹等铆接缺陷。

关键词：自冲铆机械内锁结构超声检测灰度分布

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磁悬浮织针驱动方法和控制技术

纺织学报 2024年第5期45卷 202-208页

作者：熊涛李成缘桂顺王意张成俊左小艳武汉纺织大学机械工程与自动化学院湖北武汉430073 湖北省数字化纺织装备重点实验室湖北武汉430073

为完善磁悬浮针织横机的工艺流程,实现花型设计图案到织针编织动作的数据转换,首先根据混合磁悬浮针织横机系统的工作原理,设计了步进式磁悬浮织针的驱动方案;然后采用数学矩阵的方法,建立磁悬浮针织横机双色单面提花织物的意匠图模型,... 详细信息

为完善磁悬浮针织横机的工艺流程,实现花型设计图案到织针编织动作的数据转换,首先根据混合磁悬浮针织横机系统的工作原理,设计了步进式磁悬浮织针的驱动方案;然后采用数学矩阵的方法,建立磁悬浮针织横机双色单面提花织物的意匠图模型,同时推导出双色单面提花织物的数据转换算法,最后将意匠图设计的花型数据转换成织针编织的驱动数据,并根据步进式磁悬浮织针的驱动方案定义织针编织动作对应的电流信号。在此基础上搭建织针驱动的实验平台进一步验证步进式驱动方案的可行性,并使用仿真软件验证意匠图转换算法的准确性。研究结果表明,步进式织针驱动方案可使织针逐步达到工艺编织高度,满足工艺设计要求;双色单面提花转换算法也能准确将意匠图的花型数据转换成织针驱动的编织数据,通过定义编织动作对应的线圈电流信号使设计的织物花型图案能转换成磁悬浮针织横机驱动的电流信号,达到织针驱动和编织工艺相结合的效果,简化了磁悬浮针织横机编织双色单面提花织物的工艺流程,为磁悬浮针织横机的工艺设计探索出一条可行路线。

关键词：横机驱动方案意匠图转换算法花型设计图案数据转换磁悬浮织针

pH响应性气体渗透CNC/PBAT复合膜的制备与性能

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化工学报 2024年第3期75卷 1040-1051页

作者：丁相斐丘晓琳朱喜成张佳伟陈锦华江南大学机械工程学院江苏无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡214122

具有可调控气体渗透的薄膜对包装保鲜领域发展具有重要意义,而设计具有pH响应性渗透和高力学性能的薄膜仍然是一个挑战。设计琥珀酸酐酯化与二乙烯三胺酰胺化的两步取代反应,实现纤维素纳米晶表面胺基(A-CNC)与羧基(S-CNC)功能化修饰,... 详细信息

具有可调控气体渗透的薄膜对包装保鲜领域发展具有重要意义,而设计具有pH响应性渗透和高力学性能的薄膜仍然是一个挑战。设计琥珀酸酐酯化与二乙烯三胺酰胺化的两步取代反应,实现纤维素纳米晶表面胺基(A-CNC)与羧基(S-CNC)功能化修饰,进一步与聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)复合,制备具有互反pH响应性气体渗透的复合薄膜。结果表明,通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)和核磁共振^(13)C谱(^(13)C NMR)对纤维素纳米晶及其功能化修饰进行表征,证实改性成功。对复合薄膜性能表征:在力学性能方面,S-CNC/PBAT(3/97)与A-CNC/PBAT(5/95)复合薄膜拉伸强度达到最高,比PBAT分别增加40.44%与50.56%,但断裂伸长率下降,断裂模式由韧性向脆性断裂转变。在气体渗透性方面,复合薄膜展现出互反pH响应渗透特征。S-CNC/PBAT(5/95)复合薄膜渗透性出现正响应变化趋势,随着缓冲液pH(3~12)升高,CO_(2)与O_(2)渗透性分别增加67.98%和48.34%,水蒸气渗透性从2.467×10^(-13)变化到3.039×10^(-13)g·cm/(cm^(2)·s·Pa);而A-CNC/PBAT(5/95)复合薄膜渗透出现pH负响应性现象,CO_(2)与O_(2)渗透性分别降低63.00%与54.61%,水蒸气渗透性从2.747×10^(-13)变化到2.043×10^(-13)g·cm/(cm^(2)·s·Pa)。这种具有pH响应性渗透的复合薄膜在智能包装领域具有广阔的前景。

关键词：纤维素纳米晶功能化修饰复合材料力学性能响应性渗透

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单晶硅磨抛协同加工的分子动力学

中国表面工程 2024年第2期37卷 199-210页

作者：郭磊郭鹏举刘天罡郭万金吕景祥靳淇超长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 中天引控科技股份有限公司西安710010

磨削与抛光是实现单晶硅材料超精密表面加工的重要工艺方法,磨抛协同加工过程中由磨粒运动状态主导的二体与三体磨损机制对材料去除效率以及表面加工质量具有重要影响。采用分子动力学方法,建立固结与游离运动状态双磨粒协同作用下的单... 详细信息

磨削与抛光是实现单晶硅材料超精密表面加工的重要工艺方法,磨抛协同加工过程中由磨粒运动状态主导的二体与三体磨损机制对材料去除效率以及表面加工质量具有重要影响。采用分子动力学方法,建立固结与游离运动状态双磨粒协同作用下的单晶硅表面超精密磨抛加工过程仿真模型,分析磨粒切入深度、横向与纵向间距干涉等因素对磨削力、材料相变、表面损伤及材料去除行为的影响规律,阐释单晶硅磨抛协同超精密加工表面形貌演化规律。研究表明:受磨粒运动状态驱动的单晶硅材料表层损伤原子数量随固结及游离磨粒切入深度增大而增加,磨粒切入深度对工件的材料去除、裂纹生长及损伤行为影响显著;法向和切向磨削力随磨粒切入深度增加而增大,且在同等切入深度变化时法向磨削力增加幅度大于切向磨削力;通过单晶硅金刚石结构分析磨粒间干涉区域的损伤情况可知,随着磨粒间纵向间距增加时,工件所受干涉作用减小,六角金刚石晶体结构减少;相比较固结磨粒,游离磨粒对工件的损伤区域更深,产生瞬态缺陷原子更多。研究结果可为实现超精密磨抛协同加工工艺高材料去除效率和高表面质量提供理论基础。

关键词：单晶硅分子动力学固结磨粒游离磨粒磨抛协同加工

考虑多源误差影响的谐波减速器传动误差建模与分析

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计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 1023-1035页

作者：杨聪彬李文汉张涛刘志峰赵永胜北京工业大学先进制造与智能技术研究所/先进制造技术北京市重点实验室北京100124 北京工业大学机械工业重型机床数字化设计与测试技术重点实验室北京100124 吉林省高端数控装备先进制造与智能技术重点实验室吉林长春130012

为解决现有谐波减速器传动误差建模方法的不足,提出一种考虑装配误差、齿面误差的综合误差建模方法。该方法首先建立装配误差和齿面误差数学模型,并进行误差影响参数分析。其次,测量实验样机装配偏心量和歪斜角度,基于模型得到对应偏心... 详细信息

为解决现有谐波减速器传动误差建模方法的不足,提出一种考虑装配误差、齿面误差的综合误差建模方法。该方法首先建立装配误差和齿面误差数学模型,并进行误差影响参数分析。其次,测量实验样机装配偏心量和歪斜角度,基于模型得到对应偏心误差、歪斜误差模型理论值,齿面加工误差幅值按一般加工工况大小代入模型,得到对应加工误差模型理论值;然后,分别进行500 h、1500 h、3000 h时长的磨损实验,磨损后进行齿面形貌扫描和数据分析,得到对应的齿面形貌参数,基于模型得到对应的磨损误差模型理论值。最后,综合考虑多源误差影响,设置3组同型号样机,进行传动误差实验。实验结果表明:考虑装配偏心、歪斜和齿面加工等影响因素,传动误差的实验测量值与模型理论值误差在1.7~3.3%之间;综合考虑装配偏心、歪斜、齿面加工、齿面磨损等影响因素,在磨损500 h、1500 h、3000 h后传动误差的实验测量值与模型理论值误差分别在-3.45~2.07%、-5.88~-2.94%、1.33~5.33%之间。

关键词：谐波减速器多源误差影响参数分析传动误差建模模型验证

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惯导与视觉信息融合的掘进机精确定位方法

煤炭科学技术 2024年第5期52卷 236-248页

作者：毛清华周庆安炎基薛旭升杨文娟西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 陕西省矿山机电装备智能检测与控制重点实验室陕西西安710054

针对煤矿巷道复杂环境下掘进机精确定位难题,提出了一种惯导与视觉融合的掘进机精确定位方法,该方法采用惯导与“视觉+激光标靶”的定位方案。该方案将设计的四特征点大尺寸激光标靶固定于巷道顶板,相机固定于掘进机机身采集激光标靶图... 详细信息

针对煤矿巷道复杂环境下掘进机精确定位难题,提出了一种惯导与视觉融合的掘进机精确定位方法,该方法采用惯导与“视觉+激光标靶”的定位方案。该方案将设计的四特征点大尺寸激光标靶固定于巷道顶板,相机固定于掘进机机身采集激光标靶图像,并运用圆拟合法定位光斑中心和基于四特征点的EPnP算法解算掘进机位置。为了验证“视觉+激光标靶”方法对掘进机位置检测效果,在模拟掘进工作面环境下开展了“视觉+激光标靶”位置检测试验,结果表明:在30 m内沿巷道宽度方向、掘进方向、高度方向最大误差不超过28.549 mm、78.868 mm、44.459 mm,实现了掘进机位置精确检测。针对惯导测量掘进机位姿误差随时间累积和掘进机振动对组合定位系统产生干扰导致位姿检测不准问题,提出改进Sage-Husa自适应滤波的惯导与视觉信息融合方法,该方法通过检测新息方差值修正量测误差来提高定位准确性。在模拟掘进工作面环境下开展了惯导与“视觉+激光标靶”组合定位实验,采用改进前后Sage-Husa自适应滤波算法融合惯导与视觉信息进行对比分析,结果表明:改进后Sage-Husa自适应滤波算法融合得到的定位误差更小,俯仰角、横滚角、航向角最大误差分别为0.029°、0.051°、0.0113°,在距离激光标靶30 m内巷道宽度位置误差在0.033 m范围内,巷道掘进方向位置误差在0.062 m范围内。所提出的惯导与视觉融合定位方法能够满足巷道掘进定位精度要求。

关键词：掘进机定位惯导机器视觉 EPnP Sage-Husa自适应滤波

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弹性基体软固结磨料磨具的材料去除机理

中国表面工程 2024年第1期37卷 192-204页

作者：王家庆郭磊刘天罡郭万金吕景祥靳淇超长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064 重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 中天引控科技股份有限公司西安710010

基于弹性磨具的磨抛工艺为硬脆材料超精密加工效率与加工质量的兼顾平衡提供了新的解决思路,但其磨抛过程的材料去除机理尚未明确。为研究弹性磨抛过程中的材料去除行为,以硅橡胶作为磨具基体材料,混合微米级金刚石磨料制备弹性基体软... 详细信息

基于弹性磨具的磨抛工艺为硬脆材料超精密加工效率与加工质量的兼顾平衡提供了新的解决思路,但其磨抛过程的材料去除机理尚未明确。为研究弹性磨抛过程中的材料去除行为,以硅橡胶作为磨具基体材料,混合微米级金刚石磨料制备弹性基体软固结磨料磨具,利用有限元仿真分析方法研究弹性基体软固结磨粒的受力状态,结合接触力学与运动学分析建立考虑单颗磨粒磨损行为与有效磨粒数量的材料去除模型,通过石英玻璃试件的弹性磨抛加工试验验证预测模型的准确性。结果表明:石英玻璃试件的材料去除率随着磨抛压力、主轴转速、磨具偏角的增大而显著增加,而磨料粒径对其影响程度较小;当工艺参数组合为磨料粒径100μm、磨抛压力7 N、主轴转速1500 r/min、磨具偏角20°时,经60 min磨抛后,工件已加工表面粗糙度由1.069μm降至0.089μm,材料去除率为8.893×10^(8)μm^(3)/min;该试验条件下,建立的材料去除模型预测准确度相比Preston经典模型提高36.7%。研究成果可为实现硬脆材料的确定性材料去除提供技术支持和理论依据。

关键词：弹性基体磨具软固结磨料磨削抛光材料去除效率多因素模型

航天运载器大型金属构件激光定向能量沉积研究及应用进展(特邀)

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中国激光 2024年第10期51卷 25-47页

作者：周庆军严振宇张京京衣凤董鹏谢勇王福德郭宁首都航天机械有限公司北京100076 北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 齐鲁工业大学(山东省科学院)机械工程学院山东济南250353 山东省机械设计研究院山东济南250031

激光定向能量沉积(LDED)增材制造技术由于成形效率高、材料送进方式灵活、成形自由度高等特点,非常契合当前及未来航天装备结构大型化、整体化、轻量化、高精度的发展趋势,并已在运载火箭、载人飞船、火箭发动机等领域实现牵引性应用。... 详细信息

激光定向能量沉积(LDED)增材制造技术由于成形效率高、材料送进方式灵活、成形自由度高等特点,非常契合当前及未来航天装备结构大型化、整体化、轻量化、高精度的发展趋势,并已在运载火箭、载人飞船、火箭发动机等领域实现牵引性应用。总结当前铝合金及其复合材料、钛合金及其复合材料、镍基高温合金及其复合材料等3类航天装备结构主体材料的LDED研究现状,在此基础上,梳理出LDED工艺的发展方向及研究进展。重点介绍航天装备主承力结构、异质合金一体化结构、集成流道整体化结构等3类典型结构LDED制造难点、研制及应用进展。最后,对LDED增材制造技术材料、工艺及装备等的发展方向进行了展望。

关键词：激光技术增材制造激光定向能量沉积金属材料大型构件航天运载器

ZG20SiMn铸钢摇臂壳体铸造过程数值仿真及工艺优化

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材料科学与工艺 2024年第3期32卷 78-86页

作者：赵国超张一鸣王慧赵丽娟周国强辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000 辽宁省大型工矿装备重点实验室辽宁阜新123000

摇臂壳体是采煤机的重要组成部件,具有多级壁厚、变截面等异形特征。为提高采煤机摇臂壳体铸造质量,解决因铸造工艺不成熟导致的缩松、缩孔等缺陷问题。以MG325型采煤机摇臂壳体为研究对象,设计顶注式和底注式两种铸造工艺方案,采用ProC... 详细信息

摇臂壳体是采煤机的重要组成部件,具有多级壁厚、变截面等异形特征。为提高采煤机摇臂壳体铸造质量,解决因铸造工艺不成熟导致的缩松、缩孔等缺陷问题。以MG325型采煤机摇臂壳体为研究对象,设计顶注式和底注式两种铸造工艺方案,采用ProCAST软件探究不同浇注工艺方案下摇臂壳体铸件充型及凝固过程,分析铸件温度场、凝固场及缩松、缩孔铸造缺陷位置。基于Niyama判据和应力场分布对底注式铸造工艺方案进行优化。结果表明:优化后摇臂壳体铸件在凝固冷却过程中保持温度梯度递增,促进铸件实现顺序凝固,铸件缺陷率明显降低且充型效果更佳,缩孔体积仅占摇臂壳体体积的0.0049%,电机孔薄壁端面应力优化量为38.47%,输出端孔处应力优化量达到91.08%。本文研究成果为采煤机摇臂壳体的铸造工艺提供了理论基础和数据支撑。

关键词：采煤机摇臂壳体铸造缺陷工艺优化残余应力

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