基于刚度最优区间的机器人搅拌摩擦焊工件位置优化方法

航空航天领域存在许多曲面工件需进行搅拌摩擦焊,工业机器人为三维空间曲线的搅拌摩擦焊接提供了一种相当有吸引力的选择,但是搅拌摩擦焊接过程中巨大的轴向力对工业机器人的搅拌头轴向刚度提出极高的要求。为了提高机器人在搅拌摩擦焊接过程中搅拌头轴向刚度,提出一种基于刚度最优区间的工件位置优化方法。首先,构建混联机器人的并联/串联机构刚度数据库,以减少刚度计算时间;其次,基于机器人搅拌头轴向刚度提出刚度最优区间的概念,作为优化指标;然后,在考虑无奇异、关节限位、关节连续性和工作空间约束的情况下,进行基于刚度最优区间的工件位置优化算法研究;最后,仿真和试验验证表明,该方法能够通过优化工件位置使机器人始终保持在搅拌头轴向刚度较优的位姿下进行焊接,显著提升了机器人在焊接过程中的焊接刚度。     

不锈钢与6061铝合金旋转摩擦焊接接头组织与力学性能

采用旋转摩擦焊接技术进行了1Cr18Ni9Ti不锈钢与6061铝合金的焊接,分析不同工艺参数下钢铝旋转摩擦焊接头的焊缝成形、显微组织和力学性能。结果表明,不锈钢与铝合金的连接界面发生元素扩散并形成一定厚度的结合层,提高旋转速度能够增加结合层的厚度,随着顶锻力的提高,结合层的厚度先增加后减小。钢铝界面处的铝合金晶粒发生拉长变形,出现晶粒细化现象。靠近接头界面处硬度相对较高,接头拉伸强度随着旋转速度和顶锻力的提高先增加后下降,在旋转速度为600 r/min,顶锻力为3.8 kN时获得1Cr18Ni9Ti不锈钢与6061铝合金接头抗拉强度值最高为262 MPa。断裂位置主要位于钢铝连接界面,部分位于铝合金侧,焊接断口存在小而浅的韧窝。     

铝合金与树脂基复合材料的铆接/搅拌摩擦搭接复合焊接

轻量化因可降低油耗、提高效率及降低成本等优势已成为航空航天、轨道交通等领域的重要发展方向.铝合金与树脂基复合材料的异种焊因其高度满足轻量化需求而得到研究者的极大关注,但由于二者性质的巨大差异,不易获得高质量连接.提出了一种铆接和搅拌摩擦搭接焊复合焊的方式,实现了5052铝合金与树脂基复合材料的高质量连接,接头剪切拉伸力...     

非牛顿大滑滚比工况的斜齿轮热摩擦特性分析

考虑啮合过程中接触线长度及齿面载荷的时变性,结合沿接触线方向综合曲率半径及卷吸速度的瞬态特点,建立满足航空传动润滑剂非牛顿流体及大滑滚比工况的有限长线接触斜齿轮热弹流润滑(TEHL)模型。采用多重网格法及逐列扫描法,获得适用于宽泛工况范围的斜齿轮热弹流润滑完全数值解;分析非牛顿及大滑滚比情形下的斜齿轮传动热摩擦特性。结果表明:斜齿轮端部存在明显压力及温度尖峰,且离入口愈近膜厚会略减小;非牛顿特性对温度场影响显著,且接触线过节点时温度分布呈“V”型分布;摩擦因数沿啮合线方向在节点处接近于0且向两侧逐渐增大,同时随滑滚比的增大而增大。      

基于微电铸工艺的摩擦接触式微型惯性开关

针对微型惯性开关闭合时间短、接触弹跳问题,设计了增强接触效果的摩擦接触式微型惯性开关。基于MEMS惯性开关工作原理,建立了开关物理模型,研究了不同类型惯性开关的闭合性能,提出了增强接触的摩擦接触方法,设计了摩擦接触式微型惯性开关的结构。为了对比接触性能,基于UV–LIGA叠层光刻和精密微电铸工艺,研制了3种不同类型的惯性开关。最后,进行落锤试验,测试结果显示:施加400g外载加速度时,刚性、柔性、摩擦接触式微型惯性开关的闭合时间分别为10μs、80μs、620μs;在惯性开关中引入摩擦电极,既能延长闭合时间,又能解决弹跳问题。研究结果表明,摩擦接触式微型惯性开关在增强接触效果方面具有很大的优越性。     

微切削摩擦磨损特性研究

在微切削领域中,以简单的常系数库伦摩擦模型作为金属切削过程为有限元仿真的摩擦模型仿真计算,与实际切削情况相差甚远;通过利用分子动力学仿真,研究了微切削过程中的摩擦现象,并基于最新微观摩擦学的研究成果,从理论上阐述了微切削与宏观切削摩擦过程中的不同,并应用到微切削加工中的微切削摩擦机理研究,有力的指导去深入地研究微切削加工机理。     

节点外啮合齿轮胶合承载能力中平均摩擦因数的计算方法

分析了现有胶合承载能力计算中平均摩擦因数计算方法的不足之处,根据节点外啮合齿轮传动的啮合特点,以相关标准中渐开线圆柱齿轮的计算公式为基础,提出了一种更为合理且精度较高的平均摩擦因数计算方法,以满足节点外啮合齿轮胶合承载能力计算的需要.通过对内、外啮合副节点前啮合和节点后啮合实例的计算,得出除外啮合节点前啮合以外,利用标准计算得到的平均摩擦因数的误差都超过18.5%,而改进计算方法所得的误差都在6.5%之内,证实了这种改进的平均摩擦因数计算方法具有更高的精度,而且这一计算方法也适用于标准齿轮传动.      

线性摩擦焊整体叶盘焊缝结构设计及试验

主要针对线性摩擦焊制备整体叶盘的方法,利用在研发动机结构形式,设计了模拟样件;结合焊接设备、焊接夹具现状,设计了多种焊接接头,并进行了分析择优;采用强度分析和振动分析等手段,确定了焊缝位置范围;通过模拟样件的振动疲劳试验,对不同焊缝位置进行了性能评价,获得了较优的焊缝位置,为后续开展整体叶盘线性摩擦焊研究提供技术支持.设计和性能考核试验表明,焊缝位置在43 mm处较优.     

搅拌摩擦焊接头隧道类缺陷等强补焊工艺

针对搅拌摩擦焊接头隧道类缺陷等强补焊的应用要求,开发了基于TIG焊熔补材料、搅拌摩擦焊增强组织性能的等强补焊工艺,对补焊后的接头进行了微观组织观察与力学性能分析,评价了补焊工艺对接头性能的影响.结果表明,对焊缝同一位置进行不大于三次的重复搅拌摩擦焊,接头力学性能不会明显下降;TIG熔补焊缝经再次搅拌摩擦焊后,其焊缝组织与搅拌摩擦焊焊缝组织特征相似,不会导致接头组织恶化.采用本文开发的等强补焊工艺对某型号火箭液氧贮箱纵缝的隧道缺陷进行了等强补焊,表明该方法有效可行.     

2195铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织及性能

为了研究搅拌摩擦焊(FSW)对2195铝锂合金组织及性能的影响,对5mm薄板进行了不同工艺参数的搅拌摩擦焊接。显微组织分析及力学测试结果表明:合金经FSW后,接头组织由焊核区、热机影响区、热影响区三个明显不同的区域组成。当焊速不变,搅拌头转速ω在700~1300r/min之间变化时,接头抗拉强度随转速ω增大而降低;搅拌头转速不变,焊速υ在60~140mm.min-1之间变化时,接头抗拉强度随焊速υ增大而提高。当υ=140mm.min-1,ω=1000r/min时,焊接接头强度系数达到73%。焊后接头显微硬度发生了较大程度的软化。