仿生非光滑表面技术在机械工程中的应用

仿生技术是将各种生物系统所具有的功能原理和作用机理作为生物模型进行研究,实现新的技术设计并制造出性能优越的新型仪器、机械等。仿生学研究发现,许多生物体表所具有的某种特定非光滑形态有着较好的耐磨特性。目前,对生物非光滑技术的研究,主要集中在非光滑表面的耐磨、降噪和抗疲劳等方面。本文总结了仿生非光滑表面技术在制备缸套、齿轮、轧辊、模具等方面的应用研究及进展情况。随着仿生非光滑表面技术在机械工程中的广泛应用,提出了仿生非光滑表面技术的发展方向和应用前景。     

仿生非光滑通孔耐磨机制有限元分析

利用ANSYS软件，以平板试件为对比基准，对具有仿生非光滑通孔结构试件的耐磨机制进行了有限元分析。分析表明，仿生非光滑通孔具有削弱应力集中、均匀分布应力的功能，使试件整体受力均匀、接触状态良好，从而提高试件的摩擦磨损性能；通孔附近前大后小的应力分布方式，有利于收集润滑油、切削磨粒，改善其润滑状态，减小磨粒磨损。     

仿生非光滑结构的摩擦磨损试验研究

研究了非光滑表面形态对摩擦磨损的影响规律。通过对9种仿生非光滑形态模型试块在JF150DⅡ-型定速式摩擦试验机上进行的润滑摩擦试验表明,光滑试块的润滑及耐磨效果最差,沉坑形试块的耐磨性和润滑性提高不大,而通孔倒角形和通孔形试块能显著提高耐磨性和润滑性,证明了仿生非光滑结构具有良好的耐磨润滑性能,并通过正交试验分析了仿生非光滑形态、分布等因素对润滑的影响效应。     

超光滑表面加工技术研究进展

针对如何高效稳定地获得粗糙度值小、少无亚表面损伤、低成本的超光滑表面的问题,分析了原子级超光滑表面加工技术的加工原理,详细阐述了几类非接触式抛光方法的加工原理及国内外最新研究进展,并着重论述了声悬浮抛光和磨料水射流抛光的研究现状。接着,在此基础上对这几类加工方法各方面的优缺点进行了对比总结。最后,针对目前超光滑表面加工技术存在的不足,指出了超光滑表面加工技术有待进一步研究的方向。研究结果表明,采用非接触式的抛光方法,对加工过程加以合理的控制,可大大降低工件表面粗糙度,改善亚表面的损伤情况;目前非接触式抛光普遍对抛光设备精度要求较高,减少加工成本是超光滑表面加工技术进行大规模推广的迫切要求。     

仿蜣螂虫凹坑形镐形截齿的设计与研究

采煤机截齿齿体的耐磨性能直接影响截齿的使用寿命。在分析对比了现有的截齿齿体耐磨技术的基础上,通过对仿生学中凹坑形非光滑表面的耐磨机理分析研究,设计出了一种齿体带有凹坑形非光滑表面的截齿齿体结构,并进行了模拟的摩擦磨损试验。通过对16种不同参数凹坑结构的摩擦磨损试验结果研究表明,凹坑形非光滑表面结构的耐磨性相对于光滑表面有显著的提升,并通过正交试验分析了凹坑形仿生非光滑结构各参数对耐磨性的影响。     

曲轴颈仿生非光滑凹坑表面耐磨性试验研究

用激光方法加工了曲轴颈仿生非光滑凹坑表面,采用均匀试验研究了速度、负荷、时间和凹坑圆周方向的距离等因素对曲轴耐磨性的影响,得出影响激光处理仿生非光滑曲轴颈凹坑表面耐磨性的多因素回归方程。结果表明速度、负荷、时间和凹坑圆周方向的距离对仿生非光滑曲轴颈表面耐磨性有显著影响,而凹坑轴向之间的距离对耐磨性影响不大。     

仿生非光滑表面磨损试验方案设计的研究

非光滑表面对耐磨性有影响，并且不同的非光滑表面对耐磨性的影响是不同的。为了研究非光滑形态凹坑的耐磨性规律，分别进行了非光滑凹坑表面磨损试验D-最优设计和2种均匀试验方案设计的研究。考虑到各种实际条件，综合比较最后选择以将温度为条件因素，大小、距离、分布、速度、负荷、时间为试验因素的均匀设计方案来进行试验。     

仿生耐磨设计的研究现状及展望

介绍了提高仿生耐磨的润滑、表面几何形态、材质和结构等几种主要因素,从功能方面介绍了仿生金属材料、仿生陶瓷材料和仿生复合材料,阐述了仿生耐磨技术的概念以及目前国内外仿生耐磨技术的研究进展.此外,介绍了仿生耐磨技术在工农业方面的一些应用,指出了当前仿生耐磨的一些关键科学问题,并对今后的研究进行了展望.     

仿生非光滑汽车表面的减阻分析

基于计算流体力学数值模拟方法,将非光滑表面应用于汽车。通过仿真实验研究非光滑车身表面气动减阻的可行性,并采用正交试验方法,通过计算汽车的空气阻力系数来分析非光滑单元体的形状、大小,以及分布位置和排列方式对减阻性能的影响,根据分析结果得到了合理且能够减阻的汽车仿生非光滑表面结构。     

仿生物体表非光滑微织构形态刀具应用及发展

刀具磨损是金属切削加工业遇到的主要问题。提高刀具耐磨性能,能够有效改善加工零件表面质量,减少机床损坏,降低加工成本。为此,在刀具表面上构造仿生物体表非光滑微织构形态,能够改善刀具耐磨性能,实现绿色切削加工。介绍了仿生物体表非光滑形态的种类,归纳了仿生物体表非光滑形态微织构刀具的耐磨机理、织构类型、织构排布形式、切削质量等方面的研究概况。研究结果表明,有效利用某些生物体表面存在的非光滑微织构形态,能大幅度提高刀具耐磨性能。提出并分析了当前仿生物体表非光滑织构形态刀具研究中尚待解决的一些关键性问题,并给出相应的解决办法。这些研究将为提高刀具耐磨性能提供一种新的发展方向。     

滚动轴承工作表面超精密加工技术研究现状

滚动轴承的工作表面包括套圈滚道表面和滚动体表面，其表面质量直接影响轴承的精度和性能。对滚动轴承工作表面超精密加工技术的发展概况和最新研究进展进行了介绍和分析，为进一步探索在线电解磨削、电化学磨削、双电解磨削和力流变抛光等技术在轴承加工中的重点应用提供参考。     

可穿戴外骨骼机器人的发展现状与应用研究

论述了可穿戴外骨骼机器人的概念、原理、特点等,总结了国内外技术研究现状,重点介绍了国内外4款典型装备的特点。同时,对可穿戴外骨骼机器人领域涉及的关键技术,即新型传感元件、执行元件、控制技术、动力单元、新型材料、安全性和个体差异适应性等,进行了综合分析,为可穿戴外骨骼机器人的潜在应用提供了研究思路。     

基于快速原形制造的反求工程

探讨了反求工程在快速造型技术中的重要作用,并以缸盖为例,对反求工程中的测量方法作了分析,总结了与快速造型技术相匹配的数据测量的方法及建模技术。     

Improving Tribological Performance of Mechanical Components by Laser Surface Texturing

Significant improvement in load capacity, wear resistance, friction coefficient etc. of tribological mechanical components can be obtained by forming regular micro-surface structure in the form of micro-dimples on their surfaces. A feasibility study was performed both theoretically and experimentally using the Laser Surface Texturing (LST) technique to produce the micro-dimples. Each micro-dimple can serve either as a micro-hydrodynamic bearing in cases of full or mixed lubrication or as a micro-reservoir for lubricant in cases of starved lubrication conditions. Theoretical models were developed, and laboratory tests were performed, to investigate the potential of LST in tribological components like mechanical seals, piston rings and thrust bearings. In the entire laboratory tests, friction was substantially reduced with LST compared to the non-textured components.     

基于细分的逆向工程及其关键技术分析

分析了逆向工程的体系结构、数据获取、数据处理和模型重建等方面关键技术问题及解决方法，着重讨论了在逆向工程中用细分曲面建模的思路，并结合工程实例加以说明。     

超精密快刀伺服加工复杂光学面形的技术研究

超精密快刀伺服加工技术适用于复杂面形光学零件的高效优质加工。文中通过分析快刀伺服加工的控制结构、压电陶瓷驱动性能,进行了超精密快刀伺服装置的设计与研制,建立了其传递函数模型。最后完成了典型复杂面形光学零件的加工试验,并对加工结果进行测试与分析,测试结果表明满足了设计的性能指标要求。     

三维复杂曲面快速测量新方法

对三维复杂曲面非接触式快速测量技术各种方法的原理、特点、现状及发展趋势进行了分析和比较,提出一种基于视觉的、由多幅灰度图像恢复表面形状的复杂曲面快速测量新方法。     

Development of cutting tools with microscale and nanoscale textures to improve frictional behavior

We developed novel cutting tools that had either microscale or nanoscale textures on their surfaces. Texturing microscale or nanoscale features on a solid surface allowed us to control the tribological characteristics of the tool. The textures, which had pitches and depths ranging from several hundreds of nanometers to several tens of micrometers, were fabricated utilizing the ablation and interference phenomena of a femtosecond laser. The effect of the texture shape on the machinability of an aluminum alloy was investigated with a turning experiment applying the minimum quantity lubrication method. The texture decreased the cutting force due to the corresponding reduction in the friction on the rake face. This effect strongly depended on the direction of the texture; lower cutting forces were achieved when the texture was perpendicular to the chip flow direction rather than parallel. This effect was only observed at high cutting speeds over 420 m/min. These results indicate that the developed tools effectively improved the machinability of the alloy.     

热浸镀锌和热浸镀铝钢铁件的耐蚀性能比较及应用

钢铁件热浸镀锌和热浸镀铝是目前国内外应用较为广泛的表面技术。两种镀层都能保护钢铁基体免受因接触外界介质而产生的腐蚀,还能给钢制件洁白光亮的外表。大大延长了钢铁件在户外的使用寿命。本文比较了这两种工艺产品的异同之处和各自的应用优势,叙述了这两种镀层在不同介质中耐蚀的优劣情况。