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测头半径对1级渐开线样板齿廓偏差测量的影响

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仪器仪表学报 2022年第4期43卷 121-128页

作者：凌明凌四营刘远航张志豪王立鼎大连理工大学微纳米技术及系统辽宁省重点实验室大连116023 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116023

按齿轮渐开线样板国家标准推荐,1级齿轮渐开线样板的齿廓形状偏差需从展开长度3或5 mm开始计值,齿根部非计值区间对应渐开线弧长仅为0.03~0.18 mm,导致1级齿轮渐开线样板齿根部的渐开线齿廓难以精确测量。为了能更好发挥1级齿轮渐开线... 详细信息

按齿轮渐开线样板国家标准推荐,1级齿轮渐开线样板的齿廓形状偏差需从展开长度3或5 mm开始计值,齿根部非计值区间对应渐开线弧长仅为0.03~0.18 mm,导致1级齿轮渐开线样板齿根部的渐开线齿廓难以精确测量。为了能更好发挥1级齿轮渐开线样板的量值精准传递作用,分析了1级齿轮渐开线样板结构的特殊性以及测头半径对渐开线齿廓偏差测量结果的影响,结果表明,在齿根展开角误差时,测头半径引入的测量误差会随着测头半径的增大而增大,并随着展开长度的减小而增大,在基圆附近的测量误差可以达到齿廓偏差的50%~200%;当仅渐开线齿面存在加工误差时,测头半径引入的测量误差和展开长度受影响的范围会随着测头半径的增大和被测渐开线基圆半径的增大而增大,在齿根部展开长度10%的范围内测量误差约齿廓形状偏差的10%~60%。通过选取测头半径r_(p)=0.5和2.5 mm的测头对同一齿轮渐开线样板验进行了测量实验验证了上述结论。研究为1级齿轮渐开线样板的精密制造、精密测量及使用展开长度区间选取提供了支持。

关键词：齿轮渐开线样板渐开线齿廓偏差齿轮测量量值传递

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微流体装置力源机构的优化设计

机械设计与制造 2023年

作者：余晴刘冲李经民大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室

为解决微流控系统中流体介质贮存装置输出压力不稳定等问题，设计了一种柔顺机构作为装置的力源机构。该柔顺机构基于正负刚度叠加理论设计，由四根固定导向梁和两根平面弹簧组成。首先，利用链式梁约束模型和广义打靶法分别求解出固定... 详细信息

为解决微流控系统中流体介质贮存装置输出压力不稳定等问题，设计了一种柔顺机构作为装置的力源机构。该柔顺机构基于正负刚度叠加理论设计，由四根固定导向梁和两根平面弹簧组成。首先，利用链式梁约束模型和广义打靶法分别求解出固定导向梁和平面弹簧的位移-载荷特性，建立优化模型，得到了满足设计要求的最优解。然后，为验证计算模型的准确性，使用ANSYS对柔顺梁进行大变形分析，结果显示该计算模型和有限元分析相比，误差小于1%。最后，通过实验发现该柔顺机构输出力的实验值和理论设计值存在误差，经过分析发现是加工精度、材料弹性模量误差以及只考虑了中性轴的变形等原因所导致的。

关键词：微流控系统柔顺机构广义打靶法链式梁约束模型大变形分析

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基于偏振光传感器的无人机姿态组合滤波算法

仪表技术与传感器 2023年第6期 94-99页

作者：金仁成刘忱黄启鹏孙庆飞大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室辽宁大连116024

针对惯性导航易受运动加速度影响和GPS与磁力计导航易受到电磁干扰影响等问题,提出了一种偏振光辅助惯性导航的无人机航姿估计算法。利用大气瑞利散射模型获取最大偏振矢量,辅助惯性元件实现了基于PI互补滤波的姿态四元数更新算法;对陀... 详细信息

针对惯性导航易受运动加速度影响和GPS与磁力计导航易受到电磁干扰影响等问题,提出了一种偏振光辅助惯性导航的无人机航姿估计算法。利用大气瑞利散射模型获取最大偏振矢量,辅助惯性元件实现了基于PI互补滤波的姿态四元数更新算法;对陀螺仪、加速度计和偏振光传感器信号进行粒子滤波的融合修正。实验结果表明:该方法解算的姿态角在静态条件下性能稳定,抑制了传感器噪声;同时在运动情况下准确性大幅提升,具有更好的动态解算精度。

关键词：偏振光导航互补滤波姿态解算陀螺仪粒子滤波无人机

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液体样本重金属离子检测微流控传感器与系统

仪器仪表学报 2023年第6期44卷 86-98页

作者：李欣芯王义程赵王昱斐李经民刘冲大连理工大学机械工程学院大连116086 大连理工大学微纳米技术及仪器辽宁省重点实验室大连116086

重金属离子是水污染的主要污染物之一,即使微量的重金属离子也会对生态环境和生物造成危害。水体中的重金属离子通过食物链在人体中积累,汗液、血清等体液中的重金属离子可作为特定疾病的标志物。实现液体样本中重金属离子的快速、灵敏... 详细信息

重金属离子是水污染的主要污染物之一,即使微量的重金属离子也会对生态环境和生物造成危害。水体中的重金属离子通过食物链在人体中积累,汗液、血清等体液中的重金属离子可作为特定疾病的标志物。实现液体样本中重金属离子的快速、灵敏检测,对生态环境监管和精准医疗具有重要意义。首先介绍了基于微机电系统(MEMS)技术的重金属离子传感器,包括紫外-可见分光光度法、比色法、荧光检测法、发光化学法、电化学法和悬臂梁式检测方法。其次论述了与上述检测方法匹配的便携式仪器,最后对未来重金属离子检测传感器与系统的发展趋势和应用前景进行了展望。

关键词：重金属离子 MEMS技术检测原理仪器与系统研究进展

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机床电主轴动静态性能测试系统设计

组合机床与自动化加工技术 2023年第6期 165-167,172页

作者：张衡凌四营凌明刘远航张志豪大连理工大学微纳米技术及系统辽宁省重点实验室大连116024

为了实现不同规格电主轴在模拟实际加工工况下的动静态性能测试功能,通过分析电主轴的静力及动力学模型,得到性能评价指标,设计了类V型块装夹机构,实现了不同规格电主轴的装夹;设计出非接触式气浮加载装置实现静力加载,相比于常用的对... 详细信息

为了实现不同规格电主轴在模拟实际加工工况下的动静态性能测试功能,通过分析电主轴的静力及动力学模型,得到性能评价指标,设计了类V型块装夹机构,实现了不同规格电主轴的装夹;设计出非接触式气浮加载装置实现静力加载,相比于常用的对拖式加载、电磁加载具有结构简单、发热量小、承载力稳定等突出优点;以铣削加工的方式实现动态加载,更加接近实际工况;选择合适的传感器及动态测试分析仪实现电主轴前端径向位移、动静载荷和转速数据的采集、存储与及时分析。对实验装置的关键部件进行分析及校核,得到最大线性位移为0.015 mm,对测试系统带来的误差可忽略不计。所得结论验证了实验装置运行的可靠性,满足了机床电主轴动静态性能测试的需求。

关键词：电主轴静态性能动态性能加载检测

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基于序列二次规划法的铝型材截面优化设计

组合机床与自动化加工技术 2023年第9期 129-132页

作者：张衡凌四营张志豪刘远航凌明大连理工大学微纳米技术及系统辽宁省重点实验室大连116024

为了实现铝型材的轻量化,通过分析铝型材的抗弯及抗扭性能,得到其性能评价指标,采用有限元软件对铝型材截面结构进行分析,实现了截面结构改进及设计参数选取;建立了铝型材截面面积及惯性矩的参数化模型,并结合AUTOCAD面域指令进行辅助验... 详细信息

为了实现铝型材的轻量化,通过分析铝型材的抗弯及抗扭性能,得到其性能评价指标,采用有限元软件对铝型材截面结构进行分析,实现了截面结构改进及设计参数选取;建立了铝型材截面面积及惯性矩的参数化模型,并结合AUTOCAD面域指令进行辅助验证;采用序列二次规划算法求解参数化模型中设计变量的最优解,实现了铝型材截面的优化设计;在保证铝型材截面惯性矩不减的情况下,优化后的截面面积相比优化前的面积减少了10%。

关键词：铝型材惯性矩有限元分析序列二次规划

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精密加速度计组件自动装配及焊接系统

航空制造技术 2024年第9期67卷 89-97页

作者：刘正尧罗怡王晓东钱志龙大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室大连116024 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024

悬丝摆式加速度计广泛应用于航空、航天、惯性导航等领域,其装配质量对加速度测量精度有很大的影响,其关键组件的装配涉及位置和姿态的调整,同时悬丝在装配中需要控制张紧力并完成焊接。针对悬丝摆式加速度计组件的精密装配,研发了集成... 详细信息

悬丝摆式加速度计广泛应用于航空、航天、惯性导航等领域,其装配质量对加速度测量精度有很大的影响,其关键组件的装配涉及位置和姿态的调整,同时悬丝在装配中需要控制张紧力并完成焊接。针对悬丝摆式加速度计组件的精密装配,研发了集成力、温度传感器和机器视觉的精密装配及焊接系统。采用相机配合转台实现待装配零件视觉测量,完成零件特征点的识别定位;利用精密滑台和转台调整待装配零件位姿;直线电机运动结合力反馈实现装配过程中零件间隙调整以及张紧力控制;开发专用焊接单元,实现在紧凑空间内对微小器件的自动温控焊接。试验结果表明,该系统能够完成加速度计组件自动装配及焊接,装配结果满足技术指标要求,焊点无虚焊,摆组件内边缘相对于磁钢边缘间隙偏差小于10μm,悬丝中心相对于加速度计底座地面位置精度优于20μm,悬丝张紧力偏差控制在±5 mN之内,能够达到产品装配质量要求。

关键词：加速度计精密装配自动焊接机器视觉力反馈误差测量

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装配式惯性开关的兆声辅助微电铸均匀性研究

航空制造技术 2023年第13期66卷 14-21页

作者：杜立群董雅坤郭柄江蔡小可王帅李经民大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024 大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室大连116024

在装配式惯性开关的电铸过程中,电场的边缘效应干扰了电力线在阴阳极间的均匀分布,导致铸层厚度均匀性问题突显,使得制作周期延长。为了缩短装配式惯性开关的制作周期,将兆声波引入到微电铸过程,以装配式惯性开关中电铸均匀性最差的滑... 详细信息

在装配式惯性开关的电铸过程中,电场的边缘效应干扰了电力线在阴阳极间的均匀分布,导致铸层厚度均匀性问题突显,使得制作周期延长。为了缩短装配式惯性开关的制作周期,将兆声波引入到微电铸过程,以装配式惯性开关中电铸均匀性最差的滑块结构为例,开展改善微电铸层均匀性的研究工作。首先,利用COMSOL仿真分析软件对滑块结构有、无兆声波辅助条件下的微电铸加工过程中的电流密度分布和铸层厚度分布进行仿真。仿真结果表明,相对于无兆声波辅助微电铸加工,兆声波辅助微电铸加工可以有效改善铸层厚度均匀性。兆声波功率密度越大,铸层厚度均匀性越好。在数值模拟的基础上,对兆声波辅助电铸过程展开试验研究。试验结果表明,相对于无兆声波辅助微电铸加工,双向加载2.4 W/cm^(2)的兆声波辅助微电铸加工的铸层厚度均匀性提高了51.78%,试验与仿真结果趋势一致。基于仿真和试验结果,将双向加载2.4 W/cm^(2)的兆声波引入微电铸工艺,制作了总体尺寸20 mm×20 mm、总高度900μm,符合设计要求的装配式惯性开关。与无兆声波辅助微电铸制作完成的装配式惯性开关相比,制作时间缩短了25%。

关键词：装配式开关电铸均匀性兆声波辅助电铸功率密度有限元分析

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虑及计值范围的1级齿轮渐开线样板精密成型

仪器仪表学报 2021年第11期42卷 35-44页

作者：凌明凌四营刘祥生杨洋王立鼎大连理工大学微纳米技术及系统辽宁省重点实验室大连116023 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116023

齿轮渐开线样板是渐开线齿轮齿廓偏差溯源与量值传递的基准,是校准各种渐开线测量仪器的标准计量器具,但是目前国内外没有满足我国齿轮渐开线样板国家标准GB/T 6467-2010要求的1级齿轮渐开线样板。1级齿轮渐开线样板对计值范围和齿廓形... 详细信息

齿轮渐开线样板是渐开线齿轮齿廓偏差溯源与量值传递的基准,是校准各种渐开线测量仪器的标准计量器具,但是目前国内外没有满足我国齿轮渐开线样板国家标准GB/T 6467-2010要求的1级齿轮渐开线样板。1级齿轮渐开线样板对计值范围和齿廓形状偏差要求极为严格,齿根部非计值范围内的齿面弧长仅0.1 mm左右,极易受加工误差影响,导致齿根部加工根切或加工不完整,使齿轮渐开线样板的齿根部齿廓形状偏差超差。本文建立了起始展开角误差与齿轮渐开线样板齿根部齿廓偏差映射关系的数学模型,分析了齿根部齿廓形状偏差超差的原因,通过Siemens NX运动仿真和CAD仿真对模型进行了验证,并提出一种渐次加工的齿轮渐开线样板齿根部工艺,利用该工艺对一件具有3种基圆参数的新型齿轮渐开线样板进行了磨削实验,4个齿面均满足在计值范围内齿廓形状偏差f_(fα)<1μm,满足我国齿轮渐开线样板国家标准GB/T 6467-2010对1级齿轮渐开线样板计值范围和齿廓形状偏差的要求,研究成果为1级齿轮渐开线样板的精密制造提供了工艺方法的支持。

关键词：齿轮渐开线样板渐开线齿廓偏差磨齿工艺精密加工