高强度镶嵌自润滑材料的设计及摩擦实验

铜基镶嵌型自润滑轴承的承栽压强大约为50MPa,难以满足重型工程机械对自润滑轴承的要求。本项研究利用赫兹接触理论及摩擦的粘着理论,导出了摩擦因数随栽荷变化的定量关系,提出了以轴承钢代替传统镶嵌型复合材料的铜合金的设计方案,研制出新型轴承钢／聚四氟乙烯镶嵌型复合材料。摩擦实验结果表明,这种新型复合材料的承栽压强可达到90MPa,摩擦因数低于0．15,能够满足苛刻工况条件下工程机械对重栽自润滑轴承的要求。     

网络陶瓷增强铝基复合材料的摩擦磨损性能及磨损模型

本文研究了网络陶瓷增强铝基复合材料在干滑动摩擦条件下的磨损行为,并在大量试验基础上建立了复合材料的磨损模型。结果表明:复合材料的耐磨性明显优于基体合金,其主要原因是增强体独特的网络结构可制约基体合金的塑性变形,并减少对偶件同基体合金的接触,从而有效地增强了复合材料的耐磨性能;从复合材料的磨损率方程中发现,在三个影响因素(载荷、转速、时间)中,转速对磨损率的影响最大,载荷次之,时间最小;磨损率方程的预测值与实测值符合的很好,建立的磨损模型符合实际磨损状况。     

基于声发射技术的搅拌摩擦焊接工具磨损监测

为在线监测搅拌摩擦焊接过程工具磨损状态,本文基于虚拟仪器技术设计了一套声发射在线监测系统,结合声发射传感器、数据采集卡及信号调理器实现了对搅拌摩擦焊接加工过程中声发射信号的采集。实验中采用带有螺纹的搅拌针工具来焊接7075铝合金,并利用自主开发的在线监测系统采集焊接过程中的声发射信号。然后对采集到的声发射信号进行小波包分解处理,计算分解后各频段能量所占百分比,并提取能量分布规律作为信号特征。研究表明:搅拌摩擦焊接工具在不同磨损情况下具有不同的声发射信号特征,小波包分解处理表明搅拌头磨损轻微时,低频段能量占比较高;相反,搅拌头磨损严重时,低频段能量占比较低。     

转速对20 mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊接件的组织及性能的影响

对20 mm厚的2219 C10S铝合金板材进行搅拌摩擦焊对接试验,在进给速度为100 mm/min的条件下,对比研究转速为400～550 r/min时的对接接头的内部缺陷、宏观形貌及微观组织、显微硬度和拉伸力学性能的差异。结果表明,当转速为400～500 r/min时,焊接接头无缺陷,能获得内部质量较高的焊接接头。随着转速的增加,焊核区“洋葱环”的间距和轴肩影响区的范围增大,焊核区和热力影响区的硬度的降低越明显。接头的拉伸性能随转速的增大而降低,拉伸强度最高可达到334 MPa,接头断裂模式主要为韧性断裂,断裂位置发生在后退侧的热力影响区与热影响区的交界处,与显微硬度最小位置相吻合。当转速增大至525 r/min时,焊缝出现表面点状缺陷;当转速达到550 r/min时,焊缝出现连续的犁沟缺陷。     

搅拌头转速对6061和7075异种铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

为发挥异种铝合金不同的性能优势、提高航空材料性能,选用6061-T6铝合金和7075铝合金进行搅拌摩擦焊试验。在预热时间为20 s、倾角为2.5°、下压量为0.1 mm、焊接速度为100 mm/min的焊接参数下,对转速值为800、1 000、1 200、1 500 r/min的焊接接头的焊缝成型、力学性能、显微组织进行检测。结果表明：当转速为1 200 r/min时,焊缝表面成型最好,拉伸性能最佳为255 MPa,达到了母材6061-T6铝合金的89.5%;同时,前进侧产生的热量高于后退侧,将熔点高的金属置于前进侧较为合适。通过本文的试验参数可以得到较好的6061-T6和7075异种铝合金焊接接头性能。     

基于加速动态拉格朗日法的摩擦片阻尼分析

提出了一种可用于增强薄壁结构阻尼的波纹形片状干摩擦阻尼器，并利用一种改进的非线性动力学计算方法对其稳态响应特性进行了分析。首先通过两重减缩使非线性系统自由度变成接触节点间相对位移的形式从而降低矩阵规模，在高阶谐波平衡法的基础上引入了速度型动态拉格朗日法，并通过提供解析形式的雅克比矩阵来提高计算效率与数值稳定性，从而构成了用于预测非线性系统强迫响应的算法。在一个集中参数模型上用切向/法向刚度法与时域推进法这两种主流非线性计算方法对本文算法的合理性进行了验证。利用该算法对带有波纹形阻尼器的薄壁板结构进行分析，结果表明，摩擦片对薄壁板有很好的振动抑制作用，在质量仅占主体结构0.6%的情况下，能够使共振峰值下降75.4%。该算法表现出较高的计算效率，减缩模型使用和解析雅克比矩阵的引入使CPU时间减小到原来的0.5%以下。     

含间隙天线折展机构模块精度分析

针对天线折展机构连接运动副间隙引起天线折展过程运动不确定、精度下降等问题,提出了基于"无质量杆"模型来模拟自由状态的含运动副间隙机构建模方法。该方法基于D-H法建立了天线3个闭环的几何关系模型,将无质量杆模型引入天线几何关系中,获得了展开误差的计算模型。通过综合运用蒙特卡洛法实现了自由状态折展机构展开误差计算。计算结果表明:转动副间隙对折展机构单元肋展开在Z方向上展开精度影响最大,单元肋展开最大误差为0.353 mm,可为天线折展机构设计提供了参考。     

双轴精密离心机反转台精密姿态调节机构的设计与分析

双轴精密离心机是惯性导航设备进行精密标定的重要设备,它能够为惯性导航设备提供“0”加速度梯度的离心场。针对双轴精密离心机转台的精密姿态调节机构进行了设计与分析,利用两套同直径的配合球面作为球运动副,并作为主要承受离心场方向和重力场方向作用力的受力部件。利用带有万向节的精密螺杆作为角度姿态精密调节的机构,实现反转台铅垂度姿态的精密调节。经过精度分析,采用细牙螺纹螺杆,可实现反转台所需的铅垂度精度,即±10′。经过受力分析,精密螺杆受力状况良好,最大变形为0.47μm,最大应力为1.1561MPa,球运动副最大变形为6.24μm,最大应力为50.73MPa。因此,所设计的姿态调节机构满足其在双轴精密离心机中的应用。     

2219薄板铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接及组织性能分析

以运载火箭助推器贮箱广泛应用的4 mm厚2219薄板铝合金为焊接对象,研制了浮动式双轴肩搅拌头,分析了内部塑性金属流动模式及特点,并推测出需匹配较低焊接热输入才能获得优质焊缝。工艺探索及优化试验结果直接验证了焊缝内部塑性金属流动模式及推测。接头宏观组织形貌分析结果显示:不同焊接速度下的焊缝横截面宏观形貌都可以观察洋葱环特征,且随着焊接速度提高,洋葱环特征越发增多,并从靠近前进侧的焊核区逐渐向后退侧孕育发展,这也有效验证了薄板铝合金双轴肩搅拌头的设计思路。薄板铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头横截面显微硬度分布均呈"U"型,接头显微硬度最低点位于焊核区与后退侧热机影响区的交界处。接头力学性能测试结果显示:随着焊接速度逐渐升高,接头抗拉强度逐渐升高,且当焊接速度达到350 mm/min时,接头抗拉强度达到最高值。铝合金浮动式双轴肩搅拌摩擦焊接头延伸率整体较高,焊接速度对其影响不大。铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头正、背弯均可以达到180°无裂纹。基于立式纵缝搅拌摩擦焊系统成功实现了2 m长试片的浮动式双轴肩搅拌摩擦焊,累计焊接长度达到60 m,且双轴肩搅拌头完整,未发现裂纹、扭曲或其他损伤。     

六自由度电动平台电动缸附加运动误差量化分析

六自由度电动平台通过六个电动缸的协调伸缩和旋转运动,结合上下铰链的两自由度转动,实现上平台在三维空间的六自由度运动.由于电动缸通过螺旋副实现缸杆的直线运动,其直线运动与旋转运动之间存在螺旋关系,因此缸杆相对于缸筒的被动转动会引起缸杆的附加直线运动,从而对六自由度电动平台的位姿精度产生影响.针对六自由度电动平台进行了运动学分析.在此基础上进一步计算了电动缸在平台运动过程中产生的被动螺旋附加运动,并对该运动引起的误差进行了量化分析.仿真结果表明,在六自由度电动平台运动过程中产生的被动螺旋附加运动误差达到毫米数量级,将会对平台的位姿精度产生显著影响.对于高精度运动平台来说,必须研究补偿算法对其进行补偿.