基于分数阶PID算法的磁流变液柔顺关节控制研究

为了使机器人关节具备主动变刚度特性,基于磁流变液的可控流变特性设计了一种新型机器人柔顺关节,并提出基于分数阶PID(PI~λD~μ)控制算法进行磁流变液柔顺关节的动态扭矩跟踪控制,采用频域设计方法,通过期望截止频率和相位裕量推导出理想Bode传递函数状态下的PI~λD~μ控制器设计参数,建立了基于PI~λD~μ的控制系统。设计了磁流变液柔顺关节实验平台,并且基于LabVIEW图形化编程语言开发了控制软件系统,分别进行了基于PI~λD~μ和整数阶PID动态扭矩跟踪控制实验,实验结果证明,PI~λD~μ控制算法对基于磁流变液设计的机器人柔顺关节具有较好的动态扭矩跟踪控制作用。     

面向功能需求的产品适应性修改单元识别方法

针对产品内部单元修改操作的效应传导过程缺乏有效的分析方法,导致无法明确优先修改对象的问题,提出一种产品适应性修改单元识别方法。首先,建立功能需求与产品实例功能的量化匹配模型,借助可拓集方法将匹配结果划分为3个功能域,并通过多层"功能—行为—结构"纵向分解得到产品的功能—结构底层映射关系;其次,细化结构修改粒度至零件特征层,构建零件及特征的物元表达模型;在此基础上,构建以零件特征物元为节点的基元有向图,提出基于基元有向图的综合传导度计算方法,并以综合传导度作为产品修改单元的识别依据。最后,以某款螺蛳切尾设备的实例应用验证了所提方法的有效性和可行性。     

气压砂轮双层结构弹性力学分析及加工特性

为了提升激光强化后高硬度模具自由曲面的光整效果,提出基于软固结磨粒和双层结构弹性体的气压砂轮加工方法。对气压砂轮双层结构弹性力学特性进行分析。在圆形均布载荷环境下,分别引入磨粒层弹性模量与橡胶层弹性模量的比值m及橡胶层厚度与载荷半径的比值n,建立了双层结构弹性体加工应力计算模型以及接触形变公式。通过有限元分析软件ANSYS建立了气压砂轮双层结构弹性力学模型,给出了气压砂轮的应力分布规律以及形变特征。在试验分析中,通过短纤维增补的方法增强内橡胶层,通过耐水黏结剂控制外磨粒层,微观分析证实了双层结构弹性力学的分析假设。搭建气压砂轮加工试验平台,验证了气压砂轮可在短时间内提升高硬度激光强化模具表面质量的加工效果。试验结果表明,面向凹面工件时,较低n值的气压砂轮有助于提升表面质量;面向凸面工件时,在获得相同表面质量的情况下,较高n值的气压砂轮有助于提升加工效率。     

波登管力反馈型2D压力伺服阀特性

设计了主要用于飞机刹车系统的2D压力伺服阀,其阀芯具有移动自由度和旋转自由度。将波登管作为压力反馈单元输出反馈力矩,与拨杆拨叉联动,实现与主阀的闭环力反馈,从而保持其压力输出恒定;分析了波登管力反馈机构的传力方式,建立了2D压力伺服阀的数学模型,仿真分析了主阀的静动态特性;设计了样机实验方案并搭建实验平台,实验结果表明：2D压力伺服阀输出压力与旋转电磁铁输入电流基本成线性关系,输出压力的阶跃响应时间约为18 ms。实验结果与仿真分析结果基本一致。     

随机粗糙微通道内部流动与传质特性

为了研究微通道壁面随机粗糙度对流体流动和传质特性的影响,采用随机排布准则构建具有典型粗糙元类型的随机粗糙微通道壁面,利用有限元方法分析壁面随机粗糙度对流速、压降、流动阻力和传质性能的影响,并给出粗糙微通道内部Poiseuille数和分子传质扩散的近似变化规律。结果表明,流体在粗糙微通道近壁面区域和主流区的流速差异较大,近壁面区域流动分离现象明显;与光滑微通道相比,粗糙微通道内部各位置的压降和Poiseuille数沿着流动方向呈近似线性增大趋势;微通道壁面粗糙度的存在可以强化流体分子的传质扩散速率,但受粗糙度类型和相对粗糙度的影响较大。     

静电微量润滑气雾特性及其切削加工性能研究

静电微量润滑(Electrostatic minimum quantity lubrication,EMQL)技术可显著提高荷电润滑液滴在加工区域的润湿、渗透和沉积性能,改善气雾的润滑冷却能力,降低切削环境油雾浓度。在构建静电微量润滑切削加工系统的基础上,分析了EMQL下荷电电压对润滑油液滴粒径、分布、润湿性和沉积性的影响。研究了EMQL的稳态换热能力,加工环境油雾浓度和切削性能。最后通过刀具磨损分析,揭示了EMQL切削加工时的作用机理。结果表明:荷电后润滑油液滴的粒径减小,分布更加均匀,润湿和沉积性提高。与传统MQL比较,EMQL下的切削温度降低了～14%,环境油雾浓度减小了～8%,刀具磨损下降了～37%,工件表面质量提高了～28%。EMQL加工时,润湿渗透性能改善的小粒径润滑油液滴易在刀具-工件接触面吸附,渗透和铺展,利于切削界面的润滑与换热,车削加工性能更好。     

基于模流分析技术的塑件翘曲变形优化研究

为了优化塑件产品质量,运用模流分析技术进行模拟分析。以优化塑件翘曲变形为目标,通过分离引起翘曲变形的独立因素的方法,明确引起翘曲变形的主要因素,有针对性地优化模具结构。分析结果表明,塑件总的翘曲变形值和平面度均符合预期要求,可以满足使用要求。将模流分析技术应用于塑件模具设计的实际生产中,可极大减少试模次数、缩短产品开发周期,提高产品质量、降低生产成本。     

不同氮氩比对TC4合金激光气体渗氮的影响

针对TC4激光渗氮时产生裂纹而影响材料使用性能的问题,试验采用氩气和氮气的混合气体,对钛合金板块TC4进行激光气体渗氮,并研究了不同的氮气含量对渗氮层的裂纹、组织特征以及硬度等的影响.结果表明,在氮气含量低于40％的情况下,渗氮表面基本无裂纹产生;渗氮层的表面硬度以及渗氮深度随着氮气含量的降低而有所降低.另外还对渗氮层进行线扫描分析发现,在钛合金TC4激光气体渗氮过程中,渗氮层中的合金元素发生了选择性汽化现象.     

大气等离子喷涂氧化锆热障涂层研究进展

简要概述了大气等离子喷涂技术、等离子喷涂热障涂层选用氧化锆材料的原因及其具有的优异性能,同时也介绍了等离子喷涂制备热障涂层的国内外研究现状并指出了未来的发展方向.