“大数据与云制造”课程教学探索与实践

“大数据与云制造”作为一门将制造技术与信息技术深度融合的课程,对拓展学生创新思维,构建具有时代特征的智能制造知识体系具有重要意义。基于机械工程专业学科背景,探索了“大数据与云制造”课程的课程组织、教学模型、课程内容设计与考核等环节,通过将大数据和云制造两个维度技术融入其中,并围绕理论教学内容引入行业典型实践案例,优化教学环节和教学活动,以提高学生从大数据与云制造角度分析和解决复杂工程问题的能力和信心,为“新工科”背景下本科课程建设与探索提供参考。

绿色切削高强度钢的刀具磨损及切屑形态

分析了微量润滑切削时润滑剂的渗透机理及润滑作用对铣削力的影响。使用传统切削、干式切削及微量润滑三种方式铣削高强度钢(PCrNi3Mo),对比切削性能并探讨微量润滑技术对刀具磨损及切屑形貌的影响。对微量润滑加工过程中切削参数(铣削速度、每齿进给量、铣削深度及润滑剂使用量)对刀具磨损的影响进行研究,利用响应曲面法建立了刀具后刀面磨损模型以确定铣削高强度钢(PCrNi3Mo)时润滑剂的最佳使用量,并利用试验验证。结果表明,微量润滑可有效抑制刀具磨损进程;建立的刀具后刀面磨损模型与试验结果误差较小,具有较高实用价值,微量润滑铣削材料PCrNi3Mo时,润滑剂的最佳使用值约为185mL/h;通过改善切削区的摩擦情况,微量润滑可降低切削区域温度并有效控制切屑形貌。

整星减冲击装置设计及试验研究

减冲击装置可以有效降低基础对有效载荷的冲击,在航天领域内的有效载荷及箭体分离过程中应用广泛。建立了减冲击装置数学模型,设计优化了结构尺寸,并制作了减冲击环样机;在响应板式爆炸冲击台上开展了冲击试验,并对冲击数据进行了冲击响应谱分析。结果表明,所设计的减冲击装置满足指标要求,而且大幅衰减了冲击幅值;此外,讨论了阻尼层对结构动力学特性及减冲击特性的影响;减冲击环结构适用于航空航天冲击环境,也适用于各类导弹仪器舱的整体冲击隔离,具有广阔的应用前景。

绿色切削中的微量润滑技术

综述了MQL(微量润滑)技术的国内外研究现状,提出了MQL技术进一步推广应注意的关键性问题,探讨了MQL技术的发展趋势,指出绿色制造技术已经取得了一定进展,微量润滑技术也因为其环保特性逐渐被认可。

振动试验中削波信号功率谱密度补偿

振动试验过程中削波会引起信号的功率谱密度下降,局部频率点对应的功率谱密度误差过大将导致试验结果的可信度降低,尤其对于模态试验,输入信号削波可能导致信号谱型局部"下凹",甚至产生错误的试验结果。从偏斜度、峭度、概率分布和功率谱密度等方面分析了高斯信号及非高斯信号的特性,介绍了功率谱密度补偿的频谱均衡及比例-积分-微分(proportion-integration-differentiation,简称PID)两种算法,并对比了这两种算法的补偿效果。结果表明:对于高斯信号,两种算法从迭代次数及最小误差对比区别不大,且均能满足均衡要求;对于非高斯信号,PID算法实现较小误差的同时,迭代次数少,具有一定优势。

微量润滑技术作用机理研究

基于生态及环保的需求,切削加工中的绿色制造技术及微量润滑(MQL)技术成为当今研究的焦点。依据实验结果及微量润滑技术的研究现状,分析了微量润滑技术的具体优势,探讨了微量润滑(MQL)技术的渗透机理、冷却机理及切削机理。

基于联合振动试验系统的正弦加随机振动研究

提出联合振动试验系统,将液压振动台与电动台有效结合,并实现较大量级的正弦加随机振动。用液压台施加低频正弦激励,用电动台施加宽频随机激励,将正弦信号与随机信号有效分离,并分别用功率谱及频谱控制。设置弹性、阻尼单元,用以模拟台面至工件的传递特性,通过调整弹簧刚度及阻尼大小,使台面至工件及电动台的传递特性一致,以保护电动台。利用有限元软件Nastran仿真控制效果,将刚度、阻尼合理匹配后,电动台能较好跟踪工件运动。通过功率谱均衡方法有效控制随机振动试验,并在电动台输出端获得与目标谱较一致的功率谱。工件呈现出要求的正弦加随机振动,从而证明该系统的有效性。

油雾再利用喷嘴及切削试验研究

提出利用喷嘴的真空效应回收和利用切削加工过程中油雾润滑产生的雾粒。分析和测试了喷嘴的真空特性,设计了一套基于喷嘴油雾回收系统。采用传统切削、干切削、微量润滑切削以及配有真空回收的微量润滑系统切削对高强度钢(PCrNi3Mo)进行切削试验,结果表明,基于喷嘴的真空回收系统不仅可以降低工作区的油雾量,还可将油雾重复利用并使切削性能得到进一步提高。

无阀微泵的结构设计及实验研究

介绍了一种可用于微流体操作的压电驱动式无阀微泵,设计了微泵结构并制作了样机。采用ANSYS软件进行有限元分析得到微泵的最佳工作频率。搭建了实验系统并做了相关实验,得到了微泵输出流量与驱动频率及电压的关系曲线。实验结果表明,无阀微泵具有结构简单,造价低和传输稳定等优点,适用于微流体操作。

高强钢铣削中微量润滑技术效果的试验分析

为了验证微量润滑技术对刀具磨损及工件表面粗糙度的影响,研制出一套微量润滑系统,利用压缩气体流经的截面变小所产生的压强差来吸取箱体中的液体,并传输到喷嘴进行雾化.将其应用在高强度钢铣削加工中.试验结果表明:相对于干切削和传统浇注冷却,微量润滑技术具有明显的优势,它可有效地减小刀具磨损,并将工件表面粗糙度控制在较低的水平,尤其在高转速、大切深、快进给加工中,同时其还具有结构简单、冷却液用量小、对环境污染小等优点.对试验结果进行了初步分析.

低温微量润滑技术在几种典型难加工材料加工中的应用

低温微量润滑切削技术是低温冷风切削技术与微量润滑切削技术的集成,它既融合了低温冷风切削技术与微量润滑切削技术的优势,同时又弥补了2种切削技术单独应用时的缺陷,在难加工材料的切削加工上体现出了显著的优越性。

微量润滑系统冷却性能实验研究

对微量润滑技术(MQL)的冷却性能进行了实验研究,得到了在不同的流量和靶距下,被冷却试件的温度变化过程。实验还对加热金属片进行自然冷却和浇注冷却,并与微量润滑冷却进行了冷却效果对比。研究发现微量润滑具有很好的冷却效果,而且极大地减少了冷却液使用量,降低了资源消耗和环境污染。

基于MEMS传感器的运输环境监测仪的研制

为了长时间、连续地全程记录运输过程中的三向加速度和温湿度数据,采用MEMS加速度传感器和温湿度传感器、实时时钟、低功耗32位微处理器、SD卡、模块化的碱性电池组等构建运输环境监测仪,睡眠-唤醒巡检的工作方式和上位机在SD上建立文件系统、监测仪直接访问SD卡数据块的数据存储机制有效降低了功耗,频响特性测试、功耗测试、低温运行和搭载测试试验表明该运输环境监测仪满足使用需求。

低温微量润滑技术喷嘴方位正交试验研究

低温微量润滑切削技术作为一种理想的绿色冷却润滑方式,已经成为机械加工领域研究的热点之一。选择外部微量润滑与低温冷风的集成作为低温微量润滑系统的实现方式,给出了确定系统喷嘴方位的3个参数：喷射方向与进给方向夹角β、喷嘴仰角α和喷嘴距切削区的距离d,并分别构建了其几何模型。针对β角,给出了最优β角与切宽半径比（B/R）的曲线。通过正交试验研究了喷嘴方位的3个参数（β、α、d）对低温微量润滑切削性能影响的重要程度。结果表明,距离d对切削性能的影响最大;其次是β角;α角的影响最小,可根据实际工况选择α在30°~60°即可。

低氧热环境模拟控制系统设计与实现

介绍了低氧热环境地面模拟控制系统的组成与结构,对环境舱压力、环境舱温度、环境舱氧浓度闭环控制;基于西门子公司PLC硬件平台开发了分布式控制器,采用WINCC7.0组态软件开发了人机交互界面;控制器采用主从站架构完成对低温液氮系统、压力调节系统、温度调节系统的控制,上位机计算机与控制器之间采用以太网通讯;在软件方面,根据低氧环境试验的需求和试验流程,设计并实现了PID闭环控制、数据存储、以及人机交互界面等功能;并对该实时控制系统进行了验收,验收结果分析表明,该分布式控制系统具有控制精度高、可靠性好、开发周期短,能够完成多种环境参数的控制任务,并为产品集成设计提供一些经验借鉴。

T型静压轴承特性分析

文章针对目前研制的大型水平滑台中使用的T型静压轴承进行特性分析,主要包括轴承额定流量、静承载力及静态刚度的流场仿真和计算分析。研究结果可为T型静压轴承在大型水平滑台中的应用提供技术参考依据。

气动柔性细长管道机器人的结构设计及特性分析

为了解决小直径管道的探测问题,提高管道机器人的适用性,对气动柔性细长机器人进行了深入的分析和研究。通过对机器人在管道内的受力分析,建立机器人的力学方程;对机器人的拐弯特性进行分析,得到机器人的拐弯半径方程;针对机器人需要的负载,进行力学分析,得到机器人的负载方程。设计了一种气动柔性细长机器人,搭建管道实验环境进行机器人的摩擦力实验和拐弯实验;搭建负载实验环境进行负载实验。测试值与理论分析基本一致,说明了气动柔性细长管道机器人在小直径管道内具有优秀的拐弯特性与负载特性。

钢筋混凝土桥墩立柱非均匀锈蚀结构破坏形式及可靠性分析

由钢筋锈蚀造成的桥梁结构损伤是一种常见的病害形式。不均匀锈蚀通常会造成结构不均匀损伤,这种损伤通常会改变结构的受力形式而使结构处于更加不利状态。本文以桥梁墩柱结构中比较常用的轴压构件和大偏压构件为例对钢筋非均匀锈蚀以后结构的破坏形式和可靠性进行了分析,期望为旧有桥梁结构的可靠性鉴定提供新的分析思路。

基于形状记忆合金驱动的连续体机器人路径规划

连续体机器人运动灵活,能在多障碍的狭窄环境中进行连续弯曲运动。现有连续体机器人多以绳驱动为主,机械结构复杂、关节间耦合现象严重,从而导致控制复杂,且难以进行长度方向上的拓展。形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)作为一种新型的智能材料,同时具有驱动和传感的功能,并且其质量轻,单位体积内的驱动力大,作为机器人的驱动设备有助于减少其结构体积,并改善其控制方式。因此,在研究中,设计了一款基于SMA驱动的连续体机器人,并对其路径规划算法进行研究,在保证机器人运动效率的同时,确保其沿目标路径运行的安全性。结合SMA的驱动特性,并基于常曲率运动学模型,提出A*路径规划算法的优化方法,使其更加符合连续机器人的运动特性。研究结果表明,提出的改进型A*算法搜索时间短,规划效率高,具备良好的环境适应能力。

超声振动辅助压装技术在过盈配合中的应用及性能优化

在过盈配合过程中,为使接触面配合更加紧密并减小接触面之间的磨损,设计了超声振动辅助压装结构。根据变幅杆输出端与压装件匹配,确定了变幅杆尺寸;通过改变振子型号和数量调节压装装置的超声振动频率与功率。结果表明:引入超声振动后,轮毂内表面压装应力减小了20%,轴承外表面应力减小了17%;随超声频率和功率的提升,压装力减小了10%~20%,超声振动功率越大,频率越高,过盈配合所需的压装力就越小。压装过程引入超声振动有效改善了过盈配合的连接性能,减少了连接面的界面损失。