纳米二氧化钛的光催化与减摩性能研究进展

纳米二氧化钛(TiO₂)作为一种环境和能源领域出色的光催化剂以及一种新型的发动机纳米润滑油添加剂,受到越来越多的关注。综述纳米TiO₂复合材料在不同掺杂方式下在光催化方面的研究及应用进展,以及纳米TiO₂及其复合材料作为润滑油添加剂的研究及应用进展;总结了综合考虑纳米TiO₂复合材料光催化与减摩性能的研究现状,指出将纳米TiO₂及其复合材料作为发动机润滑油添加剂时,应综合考虑其光催化与减摩性能,从而实现在减摩的同时降低污染物排放。     

自由曲面光学元件的慢刀伺服车削加工技术

自由曲面光学元件具有许多优异的光学性能,越来越多地应用到现代光学系统设计中。而自由曲面光学元件制造的复杂性和不确定性是制约其应用的瓶颈之一。慢刀伺服单点金刚石车削是一种可以加工很高精度自由曲面光学表面或非回转对称光学曲面的新技术。机床伺服执行能力是自由曲面能否加工的基本条件。金刚石刀具几何参数的选择、刀具路径规划及刀具半径补偿是确保加工精度的关键。在理论上,对伺服执行能力进行了分析;发展了基于曲面特性分析的刀具参数确定方法;研究了稳定X轴的刀具圆弧半径补偿及刀具路径生成技术。使用慢刀伺服技术加工了多种典型的自由曲面光学元件,取得了较好的结果。     

阀控非对称缸系统的稳定性分析与设计

阀控非对称缸系统存在着大量的非线性和不确定因素,这些因素对系统稳定性的影响非常复杂。本文建立了阀控非对称缸系统的非线性模型,以此模型为基础,利用多参数分岔理论分析了单一因素变化和多个因素同时变化等不同状况下系统稳定性的变化,给出了增大系统稳定裕度的设计指导性意见。     

内燃机活塞环材料及表面处理技术研究现状与发展趋势

活塞环是内燃机中重要的零部件之一,该部件的摩擦损耗占内燃机总摩擦损失的26%。因此,活塞环材料的选用及其表面处理研究对于优化提升内燃机性能、延长服役寿命具有重要意义。简单介绍并总结了内燃机活塞环常用材料及其发展趋势,详细综述了激光表面织构技术、表面涂层技术以及表面复合技术在内燃机活塞环减摩抗磨方面的研究和应用现状。其中,激光表面织构技术(LST)可起到接纳磨屑、保持油膜等作用,从而降低活塞环表面摩擦和磨损,但由于织构形貌和几何参数特征对摩擦学性能的影响较为复杂,仍需结合实际工况进一步研究并优化。以镀铬、热喷涂、气相沉积及激光熔覆为代表的涂层技术也常用于活塞环的表面强化处理,但涂层材料种类繁多,难以形成统一的行业标准进而规模应用。此外,通过合理复合多种表面处理技术,比如微弧氧化与电泳沉积复合、超声滚压与离子渗氮技术复合、磁控溅射和低温离子渗硫复合等,可实现优势互补、发挥协同作用,有效改善接触表面的摩擦性能,为活塞环的减摩增寿研究开拓了新的思路。最后对未来活塞环材料开发应用及其减摩抗磨方面的研究发展进行了展望。     

磁流变抛光工艺参数优化研究

利用正交试验法均衡搭配各个工艺参数,减少试验次数,分析了各个工艺参数对单项工艺指标的影响规律.采用灰色相关理论,重点解决了磁流变抛光多工艺指标的工艺参数优化这一难点问题,简化了优化过程,得到了工艺参数优化组合方案,并进行了试验验证.     

复杂曲面碳化钨密封零件精密磨削实验研究

碳化钨为典型的碳化物陶瓷材料,具有广泛的应用前景。其具有高硬度、高脆性及很高的耐磨性,所以难以采用传统的车削、铣削等工艺进行加工。在碳化钨工件上加工出复杂的曲面结构,并保证工件的面形精度及表面粗糙度则更加困难。为获得高表面质量的复杂曲面碳化钨密封工件,采用杯形金刚石砂轮单点磨削的方法实现碳化钨材料加工;设计压电陶瓷驱动柔性铰链微进给机构精确控制砂轮切深方向运动,从而实现复杂曲面加工的成形运动;探索最优工艺参数获得高面形精度和低表面粗糙度。分析了碳化钨磨削加工材料去除机理,以此指导柔性铰链精密进给机构设计,并规划杯形砂轮改善面形精度及表面粗糙度的磨削方法。实验结果表明:采用青铜基及树脂基杯形砂轮以45°倾角单点磨削碳化钨样件,其表面粗糙度值Ra由初始的500nm减小到15nm,面形精度RV值达到0.25μm。该装置可以在普通机床上磨削出高质量的碳化钨工件。     

基于相位恢复技术的大型光学镜面面形在位检测技术

根据目前大镜加工在位检测的需求和面临的困难,把基于衍射图像检测的相位恢复技术应用到大镜面形的在位检测,建立大镜加工在位检测系统.对影响测量系统精度的主要因素以及系统的抗振动性能进行了分析和仿真,结果表明该测量系统具有较好的抗振动能力,精度接近标准球面波光源的精度.基于GS迭代算法开发了测量软件,对( 500 mm球面镜进行在位测量.把相位恢复测量结果与高精度的ZYGO干涉仪测量结果进行比较分析,结果表明在面形误差分布及误差的峰谷值(PV)和方均根值(RMS)上,两者具有较高程度的一致性,这说明相位恢复测量方法的可行性和准确性.由该方法构成的在位测量系统具有光路简单、精度较高、抗振动能力强和操作简单等特点,完全满足大镜的在位测量需求.     

磁流变抛光消除磨削亚表面损伤层工艺研究

针对传统光学制造技术对亚表面控制局限性和磁流变抛光的特点,提出用磁流变抛光替代研磨工序直接衔接磨削工序的新工艺流程。采用自研的磁流变抛光机床KDMRF−1000和水基磁流变抛光液KDMRW-2进行了磁流变抛光去除磨削亚表面损伤层的实验研究。直径为100mm的K9材料平面玻璃,经过156min的磁流变粗抛,去除50um深度的亚表面损伤层,表面粗糙度Ra值提升至0.926nm,经过17.5min磁流变精抛,去除了200nm深度的材料,并消除磁流变粗抛产生的抛光纹路,表面粗糙度Ra值提升至0.575nm。应用磁流变抛光可以高效消除磨削产生的亚表面损伤层。磁流变抛光替代研磨工序直接衔接磨削工序的新工艺流程可以实现近零亚表面损伤和纳米精度抛光两个工艺目标。     

光学镜面磁流变抛光的后置处理

分析了自行研制的磁流变抛光机床KDMRF-1000的拓扑结构以及坐标变换关系,对其进行了运动求解,建立了光学镜面的磁流变抛光后置处理算法模型。针对机床四轴联动的特点,对建立的磁流变抛光后置处理模型进行了近似处理。以球面镜的后置处理为例,推导了具有普适性的以光栅扫描方式加工光学镜面的后置处理算法,同时分析了这种近似处理引入的误差,仿真了其对不同口径和不同相对口径球面镜的影响,得到了这种近似处理算法对球面镜的加工范围。最后,对一块口径为200mm,相对口径为1∶1.6的K9材料球面镜进行了磁流变抛光实验,在不考虑边缘效应的情况下其面形误差的PV值和RMS值分别达到了65nm和9nm以下,有效地验证了后置处理算法模型的准确性以及四轴联动近似处理的可行性。该算法对各类形状和大小的光学镜面加工均有参考意义。     

摩擦接触约束下的微小管道机器人管内运动稳定性分析

针对管径为15～20 mm的细小管道,提出一种新型蠕动式微小管道机器人设计方案,虚拟样机仿真发现机器人管内运动存在不稳定情况.为进一步指导设计、优化系统结构,建立该机器人受摩擦接触约束条件下管内运动的动力学模型,利用线性互补理论对其进行降阶处理,讨论其解的存在性和唯一性问题,利用Kelvin接触模型和奇异摄动理论揭示受限机器人降阶模型接触力稳定性的附加条件,利用该模型对机器人在直管运动的稳定性情况进行仿真,根据仿真结果对机器人结构提出改进方案.通过虚拟样机仿真和试验验证理论分析的正确性及结构改进的合理性.