TiN/Ti复合涂层高温微动磨损特性研究

采用等离子体浸没离子注入和沉积技术(PIII&D),在1Cr18Ni9Ti不锈钢上制备TiN/Ti复合涂层,用X射线光电子能谱仪(XPS)、X衍射(XRD)、俄歇能谱仪(AES)、扫描电镜(SEM)、激光共焦扫描显微镜(LCSM)对大气氛围中在室温、200 ℃和400 ℃的微动磨损特性进行了研究,结果表明:TiN/Ti复合涂层主要有Ti、TiN和Ti2N三种物相,涂层表面层的钛元素主要是以TiN和TiO2的形式存在,涂层与基材之间有一个Ti, N, Fe, Cr元素的过渡层;在部分滑移区,温度对复合涂层的磨损影响不显著,并且涂层的摩擦因数较低,磨损量较小,表现很好的耐磨性;在滑移区,随着温度的升高,复合涂层摩擦因数和磨损体积增加;在400 ℃由于该涂层被磨穿,其磨损体积比基材还大,其磨损机制主要表现为剥层磨损、氧化磨损和磨粒磨损.     

基于术中轨迹的微创手术机器人的主从映射比例评估

主从式手术机器人映射关系的设计与优化是提高术者操作效率,减少手术疲劳的关键步骤之一,过去通常依靠机器人搭建完成后基于实体手术平台进行评价,延长了研发周期。以微创手术机器人映射关系为研究对象,选择胆囊切除术作为采样标本,运用微型传感通过临床手术实际测量获得典型器械运动轨迹,综合分析得出手术安全域内运动范围,并运用人机工程分析平台DELMIA,采用我国国家标准人体测量数据为人体建模参数,建立国人典型人体运动模型,通过设定不同映射比例,基于反向运动学计算获得手术机器人环境下典型手术过程中术者姿势与上肢运动轨迹,应用RULA分析对不同映射比例下术者的双侧上肢的疲劳程度进行评估,从而获取特定映射关系下人机界面最佳的映射比例,为微创手术机器人针对人机界面优化的设计制造提出了新的评价方法,为缩短器械设计修改流程、加快器械开发速度提出了新的途径。     

PTFE涂层抗粘附电极切割效率和抗粘附性能的时变性研究

电外科手术过程中高频电刀手术电极表面的组织粘附会导致电极变"钝"、变粗,切割效率和操作精度降低。近年来,低表面能的PTFE涂层电极被临床用作抗粘附手术电极,然而,这种抗粘附电极的切割效率和抗组织粘附耐久性尚不清楚。因此,利用摩擦学手段实时测量电切割离体猪肝脏组织试验过程中PTFE涂层电极-组织界面的切割阻力,结合微观形貌和组织切片分析,研究了PTFE涂层电极切割效率和抗粘附性能的时变性。结果表明,PTFE涂层电极的切割效率与抗粘附能力呈负相关。在切割初期,电极表面的PTFE涂层完整涂覆,抗组织粘附效果明显,组织热损伤轻,但切割阻力大,切割效率低;随着切割时间增加,PTFE涂层变薄、局部被电弧烧蚀击穿,切割阻力显著减小,但电极的抗粘附性能急剧下降,组织热损伤加重;随着切割时间继续增加,PTFE涂层完全破坏,抗粘附效果丧失,切割阻力降低到最低值。增大高频电刀输出功率能提高PTFE涂层抗粘附手术电极的切割效率,但涂层破坏加剧,涂层的有效抗粘附时间缩短,组织损伤也显著加剧。可见,在复杂的电外科手术工况下,PTFE涂层电极的切割效率低,抗组织粘附耐久性差。     

摩擦系数影响摩擦噪声发生的机理研究

结合摩擦系数测量和磨痕表面形貌的观察，认为摩擦力的波动成分是引发摩擦噪声的主要机理。对于往复滑动过程，在摩擦系数一往复循环次数的关系图上一般有一个驼峰状的变化。应用Suh的理论，说明了在摩擦系数的驼峰状上升沿靠顶部的地方既是摩擦力接近最大值，又是摩擦力波动最激烈的地方，因而在这地方很容易出现摩擦噪声。     

金属摩擦副干滑动摩擦噪声机理研究

以销-盘磨损试验机配合振动加速度传感器和精密声级计为试验设备,研究了TiNi合金／GCr15轴承钢摩擦副干滑动摩擦噪声的特点和产生机理。结果表明：由于磨损造成摩擦表面形貌恶化,使摩擦力值增大,且波动剧烈,急剧变化的摩擦力对摩擦系统不断输入能量,引起系统产生自激振动,向环境中辐射噪声。TiNi合金的耐磨性能优于淬火45^#钢,所以在相同的试验条件下,TiNi合金／GCr15钢配副的滑动摩擦噪声比淬火45^#钢／GCr15钢配副的低,尤其在载荷较大时,TiNi合金可以降低摩擦噪声3～5dB。     

机械满意优化中满意度函数的建立方法

满意优化能有效解决机械设计中的复杂优化问题。满意度函数的设计在满意优化中占有重要地位。本文针对问题的不同情况 ,提出了几种满意度函数的建立方法。对于满意优化在机械设计中的应用、满意度原理的进一步推广以及机械设计能力的提高具有一定的推动作用。     

有无电流工况下钢铝复合轨/受电靴的摩擦磨损特性

利用改进设计的销盘摩擦磨损试验机,研究了用于地铁供电的钢铝复合轨与受电靴在有无电工况下的滑动摩擦磨损性能,对比了磨损量与摩擦因数的变化,观察和分析了微观磨损形貌,分析了其摩擦磨损机制。试验表明:电流对摩擦副的干摩擦滑动行为具有显著的影响,随着电流的增加,钢铝复合轨和受电靴的磨损质量增加,摩擦因数减小,摩擦表面出现粘着磨损、电弧烧蚀、磨粒磨损、疲劳剥落特性。     

基于ANSYS的轮对过盈配合微动分析

铁道机车车辆在运行过程中,轮对过盈配合面边缘由于微动产生微动损伤.微动幅值是影响轮对过盈配合面微动运动特性的重要因素之一,由于难以用仪器进行测量,利用通用有限元软件ANSYS对RD2轮对过盈配合面在210 kN轴重载荷作用下的微动情况进行了模拟分析.以轮对受轴重载荷静止于轨道上的弯曲变形情况来表征其运行过程中某一时刻的弯曲变形情况,通过计算,获得轮对过盈配合面内、外侧区域的轮座与轮毂某接触节点副的相对滑动规律和应力分布.结果表明,在轮对转动过程中,轮座与轮毂配合面内、外侧接触区内的节点副相对运动模式为变方向、变应力的复合微动.在210 kN轴重载荷作用下,轮对过盈配合面间所计算节点副的最大轴向相对位移为32 μm,最大切向相对位移为2.6 μm.     

在往复滑动条件下摩擦噪声发生时磨痕形貌的观察

为了进一步认识在有摩擦噪声期间磨痕形貌与噪声之间的关系，采用两种常用的铁路车辆制动闸瓦材料进行摩擦噪声试验。试验中测取了不同循环次数时摩擦振动三维加速度、噪声声压等动态信号，并提取了相应的磨痕形貌。通过对磨痕形貌的激光共焦扫描显微镜(OLS)、SEM及光学显微镜观察，研究了噪声出现区域的形貌变化。研究结果显示磨痕上有摩擦噪声区域的形貌与无摩擦噪声区域的形貌有一定差别。     

时滞摩擦尖叫噪声模型的稳定性研究

应用Olgac直接法对单自由度时滞摩擦噪声模型的稳定性进行了分析,建立了无摩擦尖叫噪声的稳定区域.对模型的自然频率、阻尼和接触摩擦综合系数对摩擦尖叫噪声的影响进行了数值分析.结果显示,摩擦力时滞的数值对摩擦噪声的发生有重要的影响.随着摩擦力时滞数值的增大,模型无摩擦噪声的稳定区和有摩擦噪声的不稳定区交替出现.模型的自然频率越高,就越容易发生摩擦噪声.模型的阻尼越小,也越容易发生摩擦噪声.模型的接触摩擦综合系数越大,也越容易发生摩擦噪声.对模型进行了非线性仿真分析,仿真结果显示,法向振动引起的接触分离是摩擦振动受限的一个非线性因素.