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新型巡检机器人移动底盘设计及越障性能分析

吉林大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 356-364页

作者：聂建军侯军凯解晓琳鄢鸿桢中原工学院机电学院郑州450007 河南科技大学农业装备工程学院河南洛阳471003

针对石化行业户外巡检工作设计了一款带有新型H型平衡摇臂机构的路面自适应巡检机器人移动底盘,该底盘采用新型“4h”对称结构实现底盘的四轮驱动和转向操作。在介绍底盘总体结构的基础上,分析了底盘驱动机构和转向机构的设计原理,建立... 详细信息

针对石化行业户外巡检工作设计了一款带有新型H型平衡摇臂机构的路面自适应巡检机器人移动底盘,该底盘采用新型“4h”对称结构实现底盘的四轮驱动和转向操作。在介绍底盘总体结构的基础上,分析了底盘驱动机构和转向机构的设计原理,建立了底盘阿克曼4WS转向和原地转向的理论模型,为机器人底盘运动控制提供了理论依据。对机器人底盘的单侧越障过程进行理论分析和仿真,并与普通一体式底盘越障过程进行仿真对比,研究了越障过程中底盘的行驶稳定性。最后,进行了底盘样机的转向模式实验和单侧越障实验,结果表明:该移动底盘能实现驱动和转向模式的切换,在进行单侧越障时底盘运动姿态平稳,具有良好的路面自适应能力和越障性能。

关键词：车辆工程移动机器人底盘阿克曼转向原地转向越障性能

考虑设计参数的角接触球轴承动态精度演变规律

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航空动力学报 2024年第6期39卷 228-237页

作者：季晔王东峰薛玉君郑昊天韩涛中国机械工业集团有限公司洛阳轴承研究所有限公司河南洛阳471039 河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 洛阳理工学院智能制造学院河南洛阳471023

为了确定成品轴承精度是否满足设计要求,合套和拆套是必然工序,不仅耗费工时,还可能引起滚动体和套圈划伤,致使产品精度下降,甚至丧失。根据角接触球轴承工作状态运动学和几何学关系,建立依据零件精度要素的接触角、径向跳动和轴向跳动... 详细信息

为了确定成品轴承精度是否满足设计要求,合套和拆套是必然工序,不仅耗费工时,还可能引起滚动体和套圈划伤,致使产品精度下降,甚至丧失。根据角接触球轴承工作状态运动学和几何学关系,建立依据零件精度要素的接触角、径向跳动和轴向跳动的解析模型,提出动态精度计算方法,研究不同加工阶段轴承精度变化趋势,系统分析沟曲率半径、沟底直径、球直径及与之相关的精度要素与动态精度的关系。计算结果表明:沟底直径对接触角影响显著,为了满足设计要求,加工后可分组选配;误差幅值增大,径向和轴向跳动增大,几乎呈线性关系;球数对旋转精度影响不大,但会影响运行的稳定性。成品轴承动态精度检测数据与计算结果一致,说明模型准确合理,故通过零件设计参数检测即可得出动态精度是否满足运行要求,无需合套和拆套工序,有利于提升产品合格率和生产效率。

关键词：角接触球轴承动态精度误差幅值径向跳动轴向跳动

Ar/N_(2)-Ar共溅射Ti掺杂对Ta_(2)O_(5)涂层光学和力学性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第6期53卷 1574-1581页

作者：晁瑞蔡海潮李航吕文雪薛玉君河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 河南省机械设计及传动系统重点实验室河南洛阳471003 高端轴承河南省协同创新中心河南洛阳471003 莱芜技师学院山东莱芜271100

为了探索Ar/N_(2)-Ar共溅射Ti掺杂对Ta_(2)O_(5)涂层光学性能和力学性能的影响,采用射频和直流磁控共溅射技术在玻璃基底表面制备了Ta_(2)O_(5)、N_(2)-Ta_(2)O_(5)、Ti-Ta_(2)O_(5)和N_(2)-Ti-Ta_(2)O_(5)涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)表征了Ta_(2)O_(5)、N_(2)-Ta_(2)O_(5)、Ti-Ta_(2)O_(5)和N_(2)-Ti-Ta_(2)O_(5)涂层的微观结构和表面形貌;通过紫外可见分光光度计测试了涂层的光学参数;采用纳米压痕仪测试了涂层的硬度和杨氏模量。XRD测试结果表明,Ta_(2)O_(5)、N_(2)-Ta_(2)O_(5)、Ti-Ta_(2)O_(5)和N_(2)-Ti-Ta_(2)O_(5)涂层主要以Ta_(2)O_(5)为主体的非晶相结构组成。SEM和AFM结果显示,沉积在玻璃基底上的涂层未出现大面积空隙,溅射粒子在基底表面均匀堆积生长,并且涂层沉积厚度基本一致,厚度误差在5%以内。分别引入N_(2)和Ti及N_(2)-Ti共掺杂,均可降低Ta_(2)O_(5)涂层的粗糙度。光学测试结果表明,分别引入N_(2)和Ti元素,可以提高Ta_(2)O_(5)涂层的平均透射率至81%以上,而N_(2)-Ti共掺杂制备的N_(2)-Ti-Ta_(2)O_(5)涂层平均透射率降低。力学测试结果显示,与Ta_(2)O_(5)涂层对比,N_(2)-Ta_(2)O_(5)和N_(2)-Ti-Ta_(2)O_(5)涂层的硬度显著增大,Ti-Ta_(2)O_(5)涂层硬度基本一致。弹性指数(H/E)和塑性指数(H^(3)/E^(2))表明,N_(2)-Ta_(2)O_(5)涂层和N_(2)-Ti-Ta_(2)O_(5)涂层具备更好的断裂韧性和抗塑性变形能力。在玻璃表面制备Ta_(2)O_(5)掺杂N_(2)和Ti元素的涂层,可以实现以N_(2)-Ta_(2)O_(5)涂层和N_(2)-Ti-Ta_(2)O_(5)涂层为代表的、同时具备优异光学性能和力学性能的多功能涂层。

关键词：磁控溅射 N_(2)-Ti-Ta_(2)O_(5) 涂层光学性能力学性能

GaS/Mg(OH)_(2)异质结电子结构的第一性原理研究

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物理学报 2024年第13期73卷 251-261页

作者：刘俊岭柏于杰徐宁张勤芳盐城工学院物理系盐城224051

基于第一性原理计算方法研究了GaS/Mg(OH)_(2)异质结的稳定性、电子和光学性质.结果表明,GaS/Mg(OH)_(2)异质结具有较小的晶格失配率,负的结合能和热力学稳定性而容易构建.异质结的带隙有效降低至2.021 eV,而且具有Type-Ⅱ型能带结构,... 详细信息

基于第一性原理计算方法研究了GaS/Mg(OH)_(2)异质结的稳定性、电子和光学性质.结果表明,GaS/Mg(OH)_(2)异质结具有较小的晶格失配率,负的结合能和热力学稳定性而容易构建.异质结的带隙有效降低至2.021 eV,而且具有Type-Ⅱ型能带结构,有利于光生电子-空穴对的空间分离.层间电荷转移诱导的内建电场进一步促进载流子的分离,同时有助于抑制层间电荷的复合.在双轴应变下,异质结的导带最小值和价带最大值的位置分别产生了不同程度的平移,导致带隙发生显著的变化,变化量达到了0.5 eV.而且在拉伸应变下,异质结由间接转变为直接带隙半导体,同时异质结仍保持Type-Ⅱ型能带结构.此外,应变还可以有效地调控异质结的带边位置与水分解的氧化还原电位相匹配(pH=0—7).光吸收谱显示异质结具有较强的光吸收性能,尤其在拉伸应变为3%时,光吸收发生了明显的红移.这些结果表明,GaS/Mg(OH)_(2)异质结具有可调的电子性能而在光电领域有着广阔的应用前景.

关键词：异质结电子结构应变第一性原理

考虑协调接触的圆兜孔圆柱滚子轴承动力学研究

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航空动力学报 2024年第4期39卷 251-266页

作者：刘延斌黄杰李旭莹河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 河南科技大学机械装备先进制造河南省协同创新中心河南洛阳471003

针对接触廓形高度密合的滚子-兜孔圆弧面、滚子-兜孔端面、滚子-挡边等协调接触副,基于Winkler弹性基础模型,提出一种协调接触建模方法,然后结合牛顿-欧拉动力学理论,提出考虑协调接触的圆兜孔圆柱滚子轴承的六自由度动力学建模方法,通... 详细信息

针对接触廓形高度密合的滚子-兜孔圆弧面、滚子-兜孔端面、滚子-挡边等协调接触副,基于Winkler弹性基础模型,提出一种协调接触建模方法,然后结合牛顿-欧拉动力学理论,提出考虑协调接触的圆兜孔圆柱滚子轴承的六自由度动力学建模方法,通过与文献结果和实验数据对比,验证了建模方法的有效性,在此基础上仿真研究了保持架质量偏心和内外圈角度不对中对保持架打滑/涡动、滚子打滑/偏歪斜、滚子-兜孔碰撞以及滚子-挡边碰撞的影响,结果表明:保持架质量径向偏心会加剧保持架和滚子的打滑,但有助于提高保持架涡动的稳定性,而轴向偏心会引起滚子的偏歪斜,当轴向偏心与径向偏心叠加时,滚子与兜孔、挡边更易产生边缘碰撞;内外圈角度不对中也容易引起滚子的偏歪斜,以及滚子与兜孔、挡边的边缘碰撞,但可明显降低保持架和滚子的打滑。

关键词：圆柱滚子轴承圆兜孔协调接触六自由度动力学模型动态性能

基于变补油及冲洗回路联控的泵控马达系统热管理方法

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农业机械学报 2024年第9期55卷 481-490页

作者：王华帅张彦斌李阁强崔本涛耿冠杰刘荣升河南科技大学机电工程学院洛阳471003 河南工学院机械工程学院新乡453003 机械装备先进制造河南省系统创新中心洛阳471003 新乡航空工业(集团)有限公司新乡453003 中国农业机械化科学研究院集团有限公司北京100083 河南工学院智能工程学院新乡453003

针对静液压驱动的工程及农业装备中典型泵控马达系统低压回路存在连续功率损失,回路油液温度随负载及油箱温度变化大等问题,本文提出一种基于变补油及冲洗回路(ACFC)联控的节能热管理方法。在典型泵控马达系统低压回路中引入电比例恒压... 详细信息

针对静液压驱动的工程及农业装备中典型泵控马达系统低压回路存在连续功率损失,回路油液温度随负载及油箱温度变化大等问题,本文提出一种基于变补油及冲洗回路(ACFC)联控的节能热管理方法。在典型泵控马达系统低压回路中引入电比例恒压变量泵及电比例节流阀,实现冲洗流量可控调节及补油流量自动适应,以提供回路温度的控制自由度;基于实验测试数据,构建基于损失模型的泵控马达系统产热模型;依据系统产热模型设计了一种基于前馈+PD反馈控制算法的热管理方法对回路温度进行控制;采用基于功率跟随的泵控马达系统调速策略,在不同负载、不同初始温度等工况下,对典型泵控马达系统和基于ACFC的泵控马达系统开展对比实验。实验结果表明,所建立的损失模型可实现对泵控马达系统产热功率实时估计,估计精度达到±10%,验证了所建系统产热模型的正确性;在ACFC具有一定散热裕度的条件下,提出的热管理方法可使回路温度控制精度达到±0.5℃,并降低低压回路功率消耗24.7%~66.7%,使系统总传动效率提高0.9%~3.9%,有效验证了所提热管理方法的温控及节能性能。基于ACFC的热管理方法可为静液压驱动的工程及农业装备节能控制及热管理提供一种思路及方法。

关键词：泵控马达系统静液压系统节能可变补油及冲洗回路热管理

主动磁悬浮轴承系统保护轴承热特性研究及减摩设计

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中国机械工程 2024年第4期35卷 646-655页

作者：李迎春聂傲男杨明宣朱定康邱明杨更生河南科技大学机电工程学院洛阳471003 河南科技大学机械装备先进制造河南省协同创新中心洛阳471003

针对主动磁悬浮轴承系统(AMBs)转子跌落过程中转子与保护轴承碰摩产生巨大冲击、振动和大量摩擦热,易使保护轴承失效的问题,对立式转子跌落到保护轴承过程中的热特性进行了研究,分析了转子跌落对保护轴承造成破坏的主要影响因素,进而提... 详细信息

针对主动磁悬浮轴承系统(AMBs)转子跌落过程中转子与保护轴承碰摩产生巨大冲击、振动和大量摩擦热,易使保护轴承失效的问题,对立式转子跌落到保护轴承过程中的热特性进行了研究,分析了转子跌落对保护轴承造成破坏的主要影响因素,进而提出了一种采用磁控溅射技术在保护轴承关键表面沉积固体润滑薄膜(类石墨碳基薄膜,GLC)的减摩方法,并对镀膜、未镀膜的保护轴承进行了转子跌落试验。研究结果表明:跌落转速为20000 r/min时,保护轴承的最高温度为210.60℃,出现在转子与轴承内圈端面高速碰摩阶段,该温度超过了轴承钢160℃的回火温度,导致轴承烧伤而失效。在跌落试验中,镀有GLC薄膜的自润滑保护轴承试验后的沟道和端面外观明显优于未镀膜保护轴承,由碰摩发热导致的内圈端面硬度下降也较轻,质心轨迹和轴向位移更加平稳,温升更低,GLC薄膜起到了关键的自润滑和减摩功能,提高了保护轴承的使用寿命和服役可靠性,为解决主动磁悬浮轴承系统中保护轴承易失效而发生重大事故的问题提供了一种思路和方法。

关键词：主动磁悬浮轴承系统保护轴承类石墨碳基薄膜减摩

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基于流固耦合的箔片气体轴承动态特性分析

振动工程学报 2024年第3期37卷 394-401页

作者：贾晨辉刘书明刘恒马文锁李东东张飞河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003

基于有限元软件ANSYS Workbench,建立箔片气体轴承在可压缩流体介质中运动的有限元模型,采用6DOF动网格计算方法对轴承的运动状态进行流固耦合数值模拟,探讨了不同转速和波箔片结构参数(波箔片的长度比、高度以及厚度)对轴承动态特性的... 详细信息

基于有限元软件ANSYS Workbench,建立箔片气体轴承在可压缩流体介质中运动的有限元模型,采用6DOF动网格计算方法对轴承的运动状态进行流固耦合数值模拟,探讨了不同转速和波箔片结构参数(波箔片的长度比、高度以及厚度)对轴承动态特性的影响规律。仿真结果表明:转速增加,轴承的承载能力增加,但稳定性有所下降,更容易发生失稳现象;选取波箔片的长度比在1~1.5之间、厚度为0.16 mm,既可以保证轴承具有较高的刚度,同时又能获得较大的阻尼;波箔片高度与轴承动态特性成反比关系。将仿真结果与试验结果进行对比,验证了仿真计算方法的正确性和有效性。同时本文的研究为优化波箔片结构,改善轴承动态特性,提高轴承运行稳定性提供理论依据。

关键词：箔片气体轴承流固耦合波箔片结构参数动态特性仿真

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自由曲面轮廓仪机架多目标优化设计

制造技术与机床 2024年第5期 122-127页

作者：席建普周卓林罗来华张通通聂子凯中原工学院机电学院河南郑州450007

针对复杂机床结构优化过程中,通常难以处理各个设计参数之间的关联关系的问题,提出了一种结合数值模拟和优化算法进行多目标优化设计的方法。在Isight平台中调用SolidWorks和Workbench插件进行试验设计,通过最优拉丁超立方试验设计方法(... 详细信息

针对复杂机床结构优化过程中,通常难以处理各个设计参数之间的关联关系的问题,提出了一种结合数值模拟和优化算法进行多目标优化设计的方法。在Isight平台中调用SolidWorks和Workbench插件进行试验设计,通过最优拉丁超立方试验设计方法(optimal latin hypercube algorithm,OLHA)设计样本点,用生成的样本点构建泛克里金近似模型,并使用交叉验证证明模型的可靠性和有效性,以最大位移变形量最小和一阶固有频率最大为优化目标,运用多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA)进行寻优计算来获取最优解。优化后的一阶固有频率为221.31 Hz,较优化前增加了8.43%,最大变形为0.001 888 mm,减小了18.45%,实现了机架的多目标优化设计。

关键词：轮廓仪多目标优化多岛遗传算法泛克里金法