微机电系统(MEMS)磨损的分形分析

基于M-B分形磨损模型,建立微机电系统(MEMS)表面磨损率与分形维数之间的关系,对MEMS表面的磨损规律与表面特性进行相关分析.结果表明,分形维数对MEMS表面磨损率的影响具有一定的规律性,当分形维数在某一范围时,磨损率随着分形维数的减小而迅速增大;当分形维数为1.5时,磨损率达到最小值.当分形维数一定时,磨损率随着尺度系数、磨损概率常数的增大而增加,随着MEMS材料性能参数的增大而减小.当其它影响参数保持一定时,磨损率随着MEMS表面接触面积的增大而增加.     

微机电系统的尺度效应及其影响

评述了MEMS系统中,尺度效应对材料性能、器件的机械特性、流体系统以及摩擦和粘附等方面的影响,微尺度效应是在微机电系统的设计过程必须考虑的问题,也是MEMS产品从实验室走向市场化商品的关键理论基础。     

微米级形貌修饰的硅材料表面摩擦特性的实验研究

微机电系统(MEMS)可动部件间的摩擦特性是影响其性能和可靠性的重要因素之一.为了研究微机械构件间的摩擦行为,设计了一种面-面接触的应变式微摩擦测试仪,以模拟MEMS器件的真实工况.研究了不同微米级条纹形貌硅试样的摩擦特性,结果表明,微尺度下速度对摩擦因数有很大影响;形貌参数存在优选值以有效减少速度的影响和摩擦因数等.     

钢质摩擦副在微-纳米固体添加剂磨合油中磨合机制研究

基于45#调质钢齿轮滚滑副和45#淬火钢销/45#调质钢滑动副的大量磨合试验结果,分析了钢质摩擦副在微-纳米磨合油中油液温度、摩擦副表面性质和磨合平衡状态机制,以及磨合平衡状态的判定方法。研究结果表明:微米尺度的磨料对磨合磨损主要起到磨粒磨损的作用,纳米尺度的磨料对磨合磨损表面起到填充、嵌入和熔融作用,以及加剧粘着磨损作用。微米和纳米尺度的磨料混合在一起,在不同工况条件下,或对磨合磨损起到促进作用,或起到延缓作用。磨合完成后,摩擦副表面几何、物理和化学性质都可以得到有效改进。磨合平衡状态时各工况参数都趋于稳定状态,这些参数直接反映磨合磨损平衡状态,可以用来判定磨合磨损状态。     

MEMS中的高热密度的散热设计

MEMS中的热密度高于80 W/cm2,发热问题已严重影响着其可靠性.文中从微小结构液体冷却热交换设计理论分析和试验着手,研究高热密度情况下的MEMS散热设计.宏观下的流体力学和传热学在微尺度中存在尺度效应.由于微结构中流体表面张力的影响,使流体流动状态由层流变成紊流的重要参数雷诺数Re约为900~1100时,流动状态将发生变化.基于目前MEMS微体加工的可能,文中给出了三种在MEMS中使用的液体冷却微热交换器的设计,经计算机仿真,该热交换器有较大的使用价值.     

碰摩微转子系统稳定性与分岔行为分析

微型旋转机械是MEMS中的重要动力源之一,微转子作为系统的主要驱动部件,其动力学特性直接影响到整个系统的稳定性和可靠性。本文以Jeffcott微转子系统为研究对象,建立微转子系统的碰摩力模型和系动微分方程,应用微分方程稳定性和分岔理论,分析微转子碰摩解的稳定性与分岔特性及系统参数对稳定域的影响。结果表明:微转子转动角频率、偏心量、静子径向刚度、阻尼系数及摩擦系数等系统参数是影响MEMS微转子系统稳定性的主要因素。     

光反射法微摩擦测试仪

为研究MEMS的微摩擦需设计一种能够测量微米尺度样品摩擦特性的专用仪器,尤其是能进行微机构摩擦力和正压力测试的大范围、高灵敏度的微摩擦检测装置。给出了一种基于光反射法的微摩擦测试仪的设计方法,介绍了该仪器的设计原理、测力传感器的结构设计、仪器的标定方法。硅测力传感器采用MEMS工艺制作,具有变形量大、线性度好、灵敏度高等优点。实验结果表明,该测试仪能满足微机电系统微摩擦测试的需要。     

中国微纳制造研究进展

介绍了中国微纳制造领域的总体概况。从微构件力学性能、微纳摩擦磨损及粘附行为研究、典型微流体器件输运特性研究、拓扑优化技术在微纳结构设计中的应用研究、微传热学的研究和微测试方法和装置的研究具体介绍了微纳制造基础理论方面取得的进展。从设计方法、硅基微机电系统(Micro electro mechanical system,MEMS)制造工艺、非硅MEMS制造工艺等方面介绍了微系统设计与加工工艺研究进展。从物理量微传感器、微执行器件与系统、微纳生化传感与分析和微能源等方面介绍了微纳器件与微纳系统的研究进展,最后对中国微纳制造发展进行了总结和展望。     

沟槽微织构硬质合金刀具的摩擦仿真分析

在硬质合金刀具表面加工微织构已成为减摩抗磨最有效的技术之一.为了分析表面微织构的几何参数对硬质合金刀具表面的减摩机理,利用ABAQUS有限元软件对微织构刀具表面的摩擦磨损过程进行模拟仿真,研究不同宽度、深度和间距的微织构参数对刀具摩擦过程中应力分布的影响.仿真模拟表明,硬质合金刀具表面的微织构可通过改变应力分布来改善应...     

微机械电子系统中的摩擦磨损及研究方向

介绍了微机械电子系统的概念,分析了微机电系统的摩擦磨损机理。结合近年来研究成果,根据微机电与传统机械摩擦磨损的不同,总结出了微机械电子系统摩擦磨损设计中的研究方向。     

高分子复合材料齿轮磨损模型及磨损测试研究

基于Archard磨损模型,建立高分子复合材料齿轮磨损量模型;分析黏弹性体高分子复合材料齿轮的啮合特性,探讨高分子复合材料齿轮磨损量测量原理。设计了一种高分子复合材料齿轮磨损量测量系统,该系统的测试原理是,通过单铰链支撑的悬臂梁和枢轴箱对齿轮动态加载,使齿轮轮齿表面发生磨损从而导致枢轴箱发生旋转,通过位移传感器测量枢轴箱的偏转角,然后由建立的偏转角与齿轮磨损量之间的关系模型计算得到磨损量。在设计的测试系统上对尼龙66齿轮进行疲劳磨损实验,实验结果和理论模型计算结果基本吻合,既验证了理论模型的正确性,也为高分子复合材料齿轮磨损测试提供了一种新方法。     

考虑迟滞行为的重型车辆轮胎原地转向阻力矩研究

重型车辆原地转向阻力矩是影响其转向系统设计与控制性能的关键参数之一,精确可靠的阻力矩模型对提升转向驱动系统的设计水平、稳定性与控制能力有重要作用。为建立可精确复现实际转向工况的阻力矩模型,将轮胎转向时胎面单元变形产生的弹性迟滞摩擦力与Maxwell迟滞模型结合,提出考虑轮胎迟滞行为的原地转向阻力矩模型,可对轮胎任意换向下的阻力矩进行有效预测。基于重型车辆单轴转向系统测试台,试验探究转向频率、转向角幅值和垂直载荷对阻力矩的影响规律;基于典型迟滞行为设计系统转向角输入,明确原地转向阻力矩模型对擦除特性、多值特性、同余特性和返回点记忆性的复现能力与其实际迟滞行为。试验结果表明,该模型可以复现擦除特性、同余特性和多值特性的典型迟滞行为,这与标准迟滞系统一致,具有普遍性,但重型车辆转向阻力矩在返回点记忆特性上存在特殊性,即仅在轮胎回转角大于蓄力角度时才表现出良好的返回点记忆特性。综上可为重型车辆原地转向阻力矩研究提供有价值的模型参考。     

Measured Performance of Tilting-Pad Journal Bearings over a Range of Preloads—Part I: Static Operating Conditions

This article presents the measured static characteristics for five tilting-pad journal bearings with a range of preload factors. The bearings had five shoes with static forces applied both on the pad and between pads. The journal diameter was 70 mm, with a length-to-diameter ratio of 0.75, a pivot offset ratio of 0.50, and a nominal assembled radial clearance of 81.3 μm. The rocker-backed pads have nominal radial machined clearances of 176.8, 114.3, 91.4, 73.7, and 61.0 μm. These clearances constitute a range of preloads from ?0.333 to 0.540. Most tilting pad bearings are intentionally designed with positive preloads, although with pivot wear and/or pad and pivot distortion or machining tolerances, bearings can operate with zero or negative preloads. Measured results for bearings with negative preload factors have not previously been available. Measurements reported here were made for a variety of speed-load conditions encompassing a Sommerfeld number of 0.1 to 4.5. The measured parameters are eccentricity magnitude, attitude angle, film thickness, and temperatures sufficient to define thermal boundary conditions. Also measured are oil supply pressure, flow rate, and on-shaft pressure profiles. The focus of the work presented herein is to quantify the influence of preload on film thickness, maximum pad temperature, and eccentricity magnitude and attitude angle. Measurements showed preload had a moderate influence on operating eccentricity but not on attitude angle. Negative preloads resulted in the greatest temperature rise, although all temperature rises were relatively small.     

显微成像系统的多参数自适应优化技术

在基于显微磨粒图像处理的磨损故障诊断系统中,图像质量是保证磨粒分析的关键。而磨粒显微图像的成像质量与摄像机参数、光源参数有非常大的关系。采用遗传算法,对摄像机参数和光源参数进行了6个参数自动优化,利用标准图像与某参数下的图像差异构造了适应度函数,通过实数编码、赌轮选择、算术交叉和均匀变异等遗传算法操作,最终得到了一组最优的摄像机和光源参数。在该组参数下,磨粒图像与标准图像达到了最佳的逼近。最后,通过实验验证了该方法的正确有效性。     

稳健李代数旋转平均用于GPS辅助无人机影像三维重建

针对最小二乘的旋转平均方法对粗差敏感,求解影像旋转参数不够精确的问题,提出了一种稳健的旋转平均方法。先利用李群和李代数之间的映射关系,将旋转矩阵的乘积运算简化为李代数中的减法运算,推导出旋转平均迭代解算的线性化方程;然后利用L1范数优化和迭代加权最小二乘相结合的方法求解全局一致旋转最优解;最后采用迭代策略剔除粗差,得到精确的旋转矩阵。实验结果表明,与传统最小二乘方法相比,提出方法的旋转参数求解精度更高,稳健性更好,用于三维重建可以得到更密集均匀的点云,重建完整性更好。旋转平均的精度优于0.15度,计算时间不超过0.31s,光束法平差后,重投影误差在1.3个像素以内。基本满足快速稳健三维重建的要求。     

Role of contact frequency on the wear rate of steel in discontinuous sliding contact conditions

This work presents a novel approach of sliding ball-on-disk wear tests where the disc material is investigated. Each part of the wear track on the disc is in discontinuous contact with the counterbody. The contact frequency at each part of the wear track on the disc with the counterbody is defined by the rotation frequency of the disc. The sliding speed is however a function of both the rotation frequency and wear track diameter. In this work, the effect of the contact frequency on friction and wear was investigated on carbon steel in discontinuous sliding contact with corundum balls. Various sliding speeds were used while maintaining the contact frequency at a fixed value, and various contact frequencies were applied at constant sliding speeds.The wear rate of the disk material is shown to depend not only on the usual wear test parameters, namely sliding speed and contact load, but also on contact frequency. Moreover, contact frequency is shown to be a key factor determining the wear mode even at constant sliding speed and load. At contact frequencies above 9 Hz, the dominant wear mechanism is oxidational wear, while at frequencies below 4 Hz the dominant wear mechanism is adhesive wear. This transition from adhesive to oxidational wear takes place together with a change in the type of debris generated and in the value of the coefficient of friction.The validity of the Garcia-Ramil-Celis model proposed earlier for discontinous sliding contact conditions, is demonstrated for the case of carbon steel disks sliding against a chemically inert counterbody.     

基于相关准则的磨粒显微图像目标提取

针对磨粒显微图像识别中的目标提取问题 ,应用一种新的阈值分割方法将磨粒目标从复杂背景中分离。该算法以原始图像与分割后图像的相关系数最大为准则 ,选取最优阈值对磨粒图像进行二值化 ,经腐蚀、膨胀等滤波运算后 ,利用跟踪搜索法提取磨粒边界 ,实现了复杂背景下磨粒目标的有效提取。应用实例表明了算法的简洁有效性。     

DEVELOPMENT OF AN OPTICAL SCANNER TO STUDY WEAR ON THE WORKING SURFACE OF GRINDING WHEELS

The efficiency of the grinding operation is highly dependent on the grinding wheel surface topography. Several methods for the evaluation of the grinding wheel surface have been developed in the last few years. In some of these methods, the grinding wheel has to be removed from the machine for an evaluation using a microscope or a profilometer. Some other methods are able to measure the topography at the grinding machine, but they do not give detailed information about grain distribution and wear. This paper shows a new method to map the grinding wheel surface. The proposed system is based on an optical scanner capable of measuring the light beam reflected from the wear flat areas on the abrasive grains over the whole wheel peripheral surface. The Mapping System for Grinding Wheels (MSGW) is able to acquire data with the wheel running at the work speed (30 m/s)and the measurement carried out on the grinding machine without stopping. The system is applied on a surface grinding operation where an Alj0₃grinding wheel is used. The results show that the system can be used to map the wear flats at the grinding wheel surface and also to analyze the wear phenomena efficiently.     

新型高速化枢轴宝石轴承结构优选设计

利用有限元法对枢轴宝石轴承的接触应力进行对比分析 ,完成了结构参数的优选设计 ,通过高速摩擦磨损机试验验证其在高速下的有效性。研究表明 ,与球头半径小于球窝半径的传统型枢轴宝石轴承相比 ,新型双弧面球头结构不仅可大幅度降低接触应力 ,减小 pv值 ,同时可克服高速运行时带来的二次磨料磨损问题 ;随着双弧面中心半径从小至大的变化 ,接触应力呈现出由小至大 ,再由大至小的变化过程 ;球头双弧面相交圆直径增大 ,球头的接触应力呈下降变化趋势。