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基于机器人建模的航空装配测控仿真分析方法

清华大学学报（自然科学版） 2024年第4期64卷 724-737页

作者：王斌张继文吴丹清华大学机械工程系高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084

在航空飞机数字化装配过程中,需要对装配环境中的运动调姿机构的运动能力和靶标测量机构的测量能力进行仿真,以确保调姿机构实现给定运动空间的灵活调姿及测量机构实现对目标测量点的无遮挡、高精度测量,从而测控结合完成装配。而航空... 详细信息

在航空飞机数字化装配过程中,需要对装配环境中的运动调姿机构的运动能力和靶标测量机构的测量能力进行仿真,以确保调姿机构实现给定运动空间的灵活调姿及测量机构实现对目标测量点的无遮挡、高精度测量,从而测控结合完成装配。而航空领域常用的仿真平台如DELMIA、CATIA和SA等,目前无法实现结合设备位置规划、运动控制评估和测量场分析的综合仿真。为了在同一体系下实现航空装配数字化测控系统的综合仿真,该文提出一种基于机器人建模的航空装配测控仿真分析方法。将数字化装配环境中的零部件及工装、调姿机构、测量机构、环境干扰物体等关键要素在机器人仿真平台中分别建模为不同的机器人,进而按照装配需求编写控制程序,使系统按照需求控制各个机器人联合运动执行仿真分析,以完成测控算法验证,并可进一步设置动态优化问题对测调参数、测量设备站位等现有仿真平台难仿信息进行优化。以高遮挡环境下的多个激光跟踪仪对大量测量点的联合测量可达性仿真分析和多激光跟踪仪站位仿真规划为例,阐述了测量机构的机器人建模方法、仿真系统的搭建方法、仿真激光测量系统的原理和站位规划的实施方式,验证了所提方法的可行性。该方法简单、高效,当环境改变时可快速重规划。

关键词：航空数字化装配测控仿真方法激光跟踪仪测量可达性站位优化

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永磁轮毂电机技术发展综述

电工技术学报 2024年第2期39卷 378-396页

作者：关涛刘大猛何永勇高端装备界面科学与技术全国重点实验室(清华大学机械工程系) 北京100084

电传动技术是车辆实现全电化的重要基础,电驱动系统是电动车辆的动力核心,而轮毂电驱系统是电驱动系统的终极驱动形式,轮毂电机的性能在轮毂电驱系统中具有决定性作用。首先,该文介绍了轮毂电驱系统的结构形式,对不同磁场类型的轮毂电... 详细信息

电传动技术是车辆实现全电化的重要基础,电驱动系统是电动车辆的动力核心,而轮毂电驱系统是电驱动系统的终极驱动形式,轮毂电机的性能在轮毂电驱系统中具有决定性作用。首先,该文介绍了轮毂电驱系统的结构形式,对不同磁场类型的轮毂电机的优缺点进行了分析;其次,调研了目前市场主流轮毂电机产品的性能参数,为轮毂电机的研发提供参考目标;然后,针对轮毂电机高功率/转矩密度、宽转速运行范围、高运行效率和高可靠性等需求,分别调研了径向磁场、轴向磁场和横向磁场等不同类型的永磁轮毂电机的研究现状;最后,展望了不同磁场类型的永磁轮毂电机的发展方向。

关键词：动力系统电动汽车轮毂电机系统轮毂电机

非接触式机械密封动特性中的辅助密封研究进展

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摩擦学学报 2024年

作者：赵祥刘莹廖浩然清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室

非接触式机械密封的动特性关系着密封的安全稳定运行，辅助密封是影响密封系统动特性的关键因素之一。梳理和总结辅助密封的研究历程，有利于解决密封系统动特性问题。本文中首先归纳总结了影响非接触式机械密封动特性的辅助密封的关键... 详细信息

非接触式机械密封的动特性关系着密封的安全稳定运行，辅助密封是影响密封系统动特性的关键因素之一。梳理和总结辅助密封的研究历程，有利于解决密封系统动特性问题。本文中首先归纳总结了影响非接触式机械密封动特性的辅助密封的关键参数。随后，对辅助密封与密封插入件之间的接触、摩擦及其自身刚度阻尼等研究历程和不足进行了梳理。最后，总结归纳了以提高主密封追随性为目标的密封系统动特性方面辅助密封研究关键和热点问题，为进一步开展相关研究提供了思路。

关键词：辅助密封接触特性摩擦特性动特性机械密封

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磁性液体密封自愈合特性的影响因素实验研究

机械工程学报 2024年

作者：陈诺李德才清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室

磁性液体密封的自愈合特性是其独有特性，尤其在复杂危险的特殊环境中，可以在密封发生失效后发挥应急作用，迅速恢复一定密封能力。为探究此性能，设计了一套实验系统，从磁性液体本身物理化学性质以及密封结构两个方面的影响，对磁性... 详细信息

磁性液体密封的自愈合特性是其独有特性，尤其在复杂危险的特殊环境中，可以在密封发生失效后发挥应急作用，迅速恢复一定密封能力。为探究此性能，设计了一套实验系统，从磁性液体本身物理化学性质以及密封结构两个方面的影响，对磁性液体密封自愈合特性进行了实验探究。结果表明，黏度为531.40 mPa·s的磁性液体，在自愈合长度15 mm情况下的密封拥有非常高的自愈合能力，最终自愈合平衡耐压比可达90%以上。同时，对于不同黏度的磁性液体存在最佳注入量，能够保证一定的密封能力的同时，也可以维持较高的自愈合能力水平。此外，提高磁性液体的饱和磁化强度，降低密封腔室内压力上升的速率，也都可以提高磁性液体密封的自愈合能力。

关键词：磁性液体密封自愈合

温度及其波动对橡胶密封硫化过程影响的仿真分析

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化工学报 2024年第2期75卷 715-726页

作者：张兆想蔡茂坤任志英贾晓红郭飞福州大学机械工程及自动化学院福建福州350108 清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084

硫化是橡胶密封成型过程的关键工艺,对橡胶密封产品性能有决定性影响。目前橡胶行业多采用经验式硫化成型方法,对橡胶密封硫化演变过程缺乏理解,难以理论指导橡胶密封实际生产过程。针对这一制约橡胶密封质量提升的薄弱环节,开展了橡胶... 详细信息

硫化是橡胶密封成型过程的关键工艺,对橡胶密封产品性能有决定性影响。目前橡胶行业多采用经验式硫化成型方法,对橡胶密封硫化演变过程缺乏理解,难以理论指导橡胶密封实际生产过程。针对这一制约橡胶密封质量提升的薄弱环节,开展了橡胶密封硫化成型过程数值仿真研究。基于胶料的积分型反应动力学模型与变物性参数传热控制方程,建立了橡胶制品热-化学耦合的瞬态仿真模型,实现了橡胶制品成型过程时变温度场及硫化程度场的实时预测,并通过试验验证了模型及求解方法的正确性。进而,仿真分析了典型结构密封件的硫化过程,探讨了模具温度、胶料预热温度和温度波动行为对橡胶密封硫化成型过程的影响规律,最后为橡胶密封实际硫化生产提供了参考。

关键词：橡胶密封加工制造反应动力学温度波动数值分析

具备实时动态稳定性监测特性的高速混合陶瓷摩擦电滚动轴承

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机械工程学报 2024年第15期60卷 80-88页

作者：高帅韩勤锴褚福磊清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084 米兰理工大学机械学院意大利米兰20158

滚动轴承运行的可靠性和稳定性是制约高速旋转机械性能的关键因素。为实现滚动轴承实时动态行为和稳定性监测,开发了一种高速混合陶瓷摩擦电滚动轴承。采用单侧开口的冠形保持架,将陶瓷滚珠作为介电材料,与设置在轴承端盖上的叉指电极组... 详细信息

滚动轴承运行的可靠性和稳定性是制约高速旋转机械性能的关键因素。为实现滚动轴承实时动态行为和稳定性监测,开发了一种高速混合陶瓷摩擦电滚动轴承。采用单侧开口的冠形保持架,将陶瓷滚珠作为介电材料,与设置在轴承端盖上的叉指电极组合,构成浮动滚动-滑动组合自由层式摩擦纳米发电机。在内外滚道牵引力作用下,介电陶瓷滚珠产生自旋和公转运动,进而扫掠电极输出交流电。电信号的频率特征与瞬态周期特征可作为评估轴承打滑与保持架稳定性的指标。本文研究了径向载荷、转速等工况参数以及电极尺寸、滚动体材料等结构参数对摩擦电轴承信号输出的影响。试验结果表明:较低径向载荷下,滚动体绝对打滑速度随转速升高明显升高;提高径向载荷,轴承保持架旋转稳定性降低。所制造的轴承样机实现了16000 r/min(DN值约0.45×10^(6)r/min·mm)下的稳定输出,并通过了3千万转的耐久性测试。该研究为高速滚动轴承智能化设计提供了技术参考。

关键词：摩擦电效应稳定性陶瓷滚动体滚动轴承打滑

纳米CaCO_(3)颗粒对润滑脂性能影响的研究

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润滑与密封 2024年第9期49卷 88-93页

作者：王宇张斌张向军胡志红王哲清华大学天津高端装备研究院天津300300 清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084

在锂基基础脂中添加纳米碳酸钙添加剂并添加一定量的基础油,制备2种润滑脂,其中一种仅添加基础油,另一种同时添加基础油和纳米碳酸钙。对2种润滑脂进行分散性、滴点、锥入度、氧化诱导期、表观黏度等理化性能测试,并通过摩擦试验研究2... 详细信息

在锂基基础脂中添加纳米碳酸钙添加剂并添加一定量的基础油,制备2种润滑脂,其中一种仅添加基础油,另一种同时添加基础油和纳米碳酸钙。对2种润滑脂进行分散性、滴点、锥入度、氧化诱导期、表观黏度等理化性能测试,并通过摩擦试验研究2种润滑脂的摩擦学特性,探究纳米碳酸钙的加入对润滑脂性能的影响。结果表明:纳米碳酸钙在皂基中的分布尺寸基本小于1μm,绝大部分颗粒尺寸处于150~300 nm之间;在锂基基础脂中加入基础油及纳米碳酸钙添加剂后,润滑脂滴点、锥入度变化不大,而氧化性能下降;2种润滑脂与基础脂相比触变性基本一致,纳米碳酸钙的加入并未破坏润滑脂网状结构的强度,未改变润滑脂的稳定性;在200 N载荷和温度50℃下,含纳米碳酸钙润滑脂需要经过一定时间的磨合才能表现出较好的抗磨性能,而当温度为100℃时,纳米CaCO_(3)的加入可能会造成摩擦副磨损的增加。

关键词：润滑脂纳米碳酸钙理化性能摩擦性能

基于变推进力的水下近端索驱动机器人结构设计及工作空间分析

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第10期64卷 1686-1695页

作者：武昊李国通李东兴唐晓强清华大学机械工程系北京100084 清华大学机械工程系高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084 清华大学机械工程系精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室北京100084

面向水下各方向远距离、大空间作业任务,提出一种基于变推进力机构的水下近端索驱动机器人。该机器人采用六索及螺旋桨混合驱动形式,螺旋桨推进力大小和方向均可变,可等效为1根绳索。首先,对该机器人进行结构设计,提出采用近端驱动模式... 详细信息

面向水下各方向远距离、大空间作业任务,提出一种基于变推进力机构的水下近端索驱动机器人。该机器人采用六索及螺旋桨混合驱动形式,螺旋桨推进力大小和方向均可变,可等效为1根绳索。首先,对该机器人进行结构设计,提出采用近端驱动模式,并引入可改变推进力方向的A、B轴转角机构;其次,建立机器人的运动学与静力学模型,进一步针对推进力可变的特点提出一种基于二次规划的力可行工作空间计算方法;最后,对恒方向和变方向推进力下机器人的力可行工作空间进行分析。工作空间对比结果表明,推进力变向机构的引入使机器人的力可行工作空间显著增大,解决了已有水下多自由度机器人作业空间不足的问题。

关键词：水下装备索并联机构结构设计工作空间

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集成电路装备光刻机发展前沿与未来挑战

中国科学：信息科学 2024年第1期54卷 130-143页

作者：胡楚雄周冉付宏张鸣朱煜清华大学机械工程系高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084 清华大学机械工程系精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室北京100084

光刻机是集成电路制造中最为核心的高端装备,在60余年的发展历程中不断挑战人类超精密制造装备的极限,推动着摩尔定律的持续向前和信息时代的飞速发展,对于科技进步、国民经济、国家安全具有极为重要的战略意义.本文阐述了光刻机在集成... 详细信息

光刻机是集成电路制造中最为核心的高端装备,在60余年的发展历程中不断挑战人类超精密制造装备的极限,推动着摩尔定律的持续向前和信息时代的飞速发展,对于科技进步、国民经济、国家安全具有极为重要的战略意义.本文阐述了光刻机在集成电路制造装备中的核心地位,介绍了光刻的基本原理,梳理了国际上光刻机从20世纪60年代至今的发展脉络,围绕光刻机三大核心部件分析了光刻机中的关键技术及面临的极限技术挑战.在此基础上,本文展望了未来光刻机的发展趋势和未来方向.

关键词：集成电路光刻机关键技术发展前沿未来挑战