产学教融合下创新实践训练对大学生专业认知的提升与能力的培养

粉末冶金是一门是实践性很强的工科专业,高等院校的专业教学应该与工程实践紧密关联,同时教育信息化背景下对教学模式提出新的要求。“冶粉成金”大学生创新实践团队深入合肥波林新材料股份有限公司,以一种典型零件——粉末冶金含油轴套为研究对象,探究现代粉末冶金生产制造全工艺流程以及蕴含在其中的关键技术,设计并制作信息化视频作品。基于产学教融合的实践创新训练促进了大学生对专业领域工程实践层面的认知,并为粉末冶金专业教学贡献自主设计的优质教学资源。

磷酸锆对铜铋-钢背双层金属复合材料性能的影响

采用烧结压轧复合工艺制备了铜铋-钢背双层金属复合材料板材,研究了磷酸锆对铜铋-钢背复合材料板材结合强度、硬度及摩擦学性能的影响。结果表明:磷酸锆的添加可以有效改善铜铋-钢背复合材料板材减摩耐磨性能,并能够提升其抗承载能力。随着磷酸锆质量分数的增加,铜铋-钢背复合材料板材的结合强度逐渐减小,硬度先增大后减小。在定速定载寿命试验中,与未添加磷酸锆的铜铋-钢背复合材料板材相比,添加质量分数为2%和4%的磷酸锆可以有效改善铜铋-钢背复合材料板材的减摩耐磨性能,降低摩擦副摩擦系数,有利于表面温升。在定速变载荷试验中,磷酸锆的添加可以显著提升铜铋-钢背双层材料的摩擦抗承载能力。在端面油循环条件下,添加质量分数4%磷酸锆的铜铋-钢背复合材料板材极限PV值(摩擦副接触面压强与摩擦线速度乘积)可以达到14 MPa∙m∙s^(-1),而未添加磷酸锆的铜铋-钢背复合材料板材极限PV值仅8 MPa∙m∙s^(-1),提升约75%。

改性聚醚醚酮三层复合材料摩擦磨损性能研究

通过喷涂-轧制复合工艺制备了不同质量分数聚四氟乙烯(PTFE)微粉改性的聚醚醚酮(PEEK)基三层复合材料,采用箱式炉对复合材料试样进行了烧结,对试样进行干摩擦端面摩擦磨损试验,研究了PTFE添加量对PEEK基三层复合材料摩擦学性能的影响,对试样显微硬度、结合强度、摩擦系数、磨损量、表面以及磨痕形貌进行了表征。结果表明:PTFE含量增加会降低PEEK涂层的硬度和结合强度,同时会显著降低PEEK涂层的干摩擦系数,但PTFE含量增加到40%后,表面显微组织能观察到PTFE团聚严重,使干摩擦系数和磨损量先减小后增大,磨痕显微组织则表明样品由黏着磨损转为磨粒磨损。

无油涡旋空气压缩机端面摩擦副材料研究

主要介绍了无油涡旋空气压缩机端面摩擦副不同表面处理方式对摩擦磨损的影响,选取一种较好地摩擦副配偶形式,为动涡盘、静涡盘、支撑架3个零件所组成的两组摩擦副提供一种优异的解决方案,同时解决2对摩擦副的摩擦磨损问题。

Fe-Al系多孔材料的制备与摩擦磨损性能研究

制备Fe-Al材料并试验研究其摩擦磨损性能。试验以不同比例的Fe,Al为原材料,使用粉末冶金工艺制备Fe-Al烧结试样。结果表明,由于Fe、Al元素扩散系数的不同,试样内部产生孔洞。随着试样中铝含量的提高,烧结后材料的直径与高度随之增大,内部的孔隙增多,硬度下降。此外,内部的孔隙有利于试验材料的储油以及摩擦磨损过程中提高对磨区域的润滑能力,从而减小了摩擦因数,并提高了材料的极限Pv值。

预混合工艺对铁基粉末冶金材料组织和烧结性能的影响

通过加入新型润滑剂制得Fe-2Cu-0.8C预混合铁基粉末,并制备了同成分机械混合粉末进行对比试验。对粉末流动性、松装密度以及压制性能进行了测试,并对烧结体的微观组织进行表征。结果表明:制备的预混合粉末流动性和松装密度均优于机械混合粉。当润滑剂加入量为0.6 mass%时,经600 MPa压力下压制所得的生坯密度为7.01 g/cm^3,烧结体密度为7.11 g/cm^3,批量压制时零件质量变化小于0.15%。通过预混合工艺,使得铜和石墨颗粒粘结到铁颗粒表面上,从而达到防止偏析和提高批次稳定性的目的。使用预混合粉末不仅提高了烧结体的尺寸精度和性能,同时可制备出更光洁的零件表面,进行形状复杂零件生产时更能体现出其在稳定性方面的优势。

一种异步式压缩机涡旋盘的变形和疲劳强度分析

涡旋压缩机工作时,因涡旋盘工作环境及受力较为复杂,其容易产生变形和应力,导致密封性变差和疲劳破坏,影响到涡旋压缩机的工作效率及可靠性。针对这一问题,基于有限元理论,对一种微小型异步式涡旋压缩机进行了数值模拟研究(在多种载荷作用下),分析了其实际工况下的变形应力和疲劳寿命分布规律。首先,分析了异步吸排气涡旋压缩机的构造原理,划分了该涡旋盘的结构化网格,并赋予其材料、连接、约束和载荷等要素,由此建立了该涡旋盘的有限元计算模型;然后,分析了该涡旋盘在气体温度载荷、气体压力载荷、惯性力载荷及多载荷耦合作用下的变形和应力分布规律,并进行了模拟结果的可靠性分析;最后,计算了该涡旋盘在常温常压工况下的疲劳寿命,并研究了其在变载荷工况下的疲劳寿命变化。研究结果表明:温度载荷是引起涡旋盘变形和应力的主要因素;高吸气温度下,涡旋盘疲劳寿命随吸气温度和吸气压力的升高而线性减小,且前者的影响更加明显;低吸气温度下,涡旋盘疲劳寿命在较高的吸气压力下出现迅速下降的趋势。

缺口形状对铁基烧结材料冲击韧度的影响

冲击韧度是评价材料性能的一个重要指标,同种材料在不同缺口形状下的冲击韧度是不同的。对不同缺口形状的铁基烧结材料进行了室温冲击试验,研究了缺口形状对冲击韧度、冲击断口形貌以及断口附近裂纹微观形貌的影响,试样的缺口形状有半圆型、U型、Ⅰ型、V型和无缺口5种,其中V型缺口的缺口角度又有45°,90°,120°3种。结果表明:无缺口试样的冲击韧度最大,其平均值为9.86J·cm^(-2),远远超出有缺口试样的;半圆型缺口试样的冲击韧度为2.70J·cm^(-2),U型缺口试样的冲击韧度为2.46J·cm^(-2),较半圆型缺口试样的略小;Ⅰ型和3种V型缺口试样的冲击韧度相差甚小,且比U型缺口试样的要低;无缺口试样的冲击断口有明显塑性变形,断口附近产生的裂纹多,分布范围较广;有缺口试样的冲击断口塑性变形不明显,断口附近裂纹少,且分布范围局限在断口处。

粒子群算法优化涡旋压缩机几何参数及性能对比研究

为了提高微型涡旋压缩机的制冷性能,以某款微型制冷涡旋压缩机为研究对象,建立涡旋压缩机制冷性能系数的数学模型,添加几何参数约束条件,通过粒子群算法对制冷涡旋压缩机的几何设计参数进行优化以达到提高性能的目标。以能效比为优化目标函数,通过MATLAB软件进行迭代优化。在得到优化前后涡旋型线几何参数的基础上,建立优化前后涡旋压缩机动静涡旋盘的流体域数学模型,利用流体力学(CFD)的方法对优化前后模型进行数值模拟。对比分析优化前后涡旋压缩机几何、性能参数以及工作腔中工质流动规律和状态分布。分析表明:在通过粒子群算法优化后的微型制冷涡旋压缩机涡旋盘总体质量减小7.92%,吸气容积增大87.77%,性能系数提高88.08%。在数值模拟中对比优化前后进出口的质量流量,优化后的进口质量流量提高84.25%,出口质量流量提高82.14%;工作腔的压力分布在优化后过压缩现象降低,但出口压力大幅增大,其优化后工作腔中的瞬态峰值压力比优化前增大67.78%。但由于中心压缩腔变大,出现排气口被遮挡现象,导致优化后工作腔压力在某时刻会呈现不对称分布。该研究可为微型制冷涡旋压缩机的设计提供参考。

大跨度光伏跟踪支架结构风振响应特性研究

为研究大跨度光伏跟踪支架的风振响应特性,以某平单轴跟踪式光伏支架为研究对象,分析其动力学特性,采用谐波叠加法模拟脉动风速时程,通过时程分析方法对支架进行风振响应研究并考察平均风速、光伏板倾角以及风向角对光伏跟踪支架结构风振响应的影响。研究结果表明:光伏跟踪支架自振频率较低且分布集中;所有支撑组件中,檩条风致位移响应最大,主梁和立柱位移响应较小;檩条顺风向长度上位移响应具有不对称性,主梁横风向长度上位移响应与自身结构对称性一致;结构风致位移响应随着平均风速、光伏板倾角、风向角的增大而增大;负向风荷载作用下,光伏跟踪支架风振响应更剧烈,光伏板倾角从25°增大到35°时,支架的刚度会迅速降低,横向脉动风对主梁和立柱的位移响应影响很大。

平单轴光伏跟踪支架不同负载下稳定性测试分析

以确保平单轴光伏跟踪支架稳定性满足项目需求,减少成本、提高发电效率为分析目标。首先,搭建平单轴跟踪支架测试平台,通过TUV测试机构测试跟踪支架在不同负载作用下,正压和反压主要组件强度破坏及挠度变形情况,表明项目设计可行性;其次,结合有限元理论及SAP2000软件对光伏组件受力进行有限元分析计算,并与实测数据对比验证所建模型合理性;最后,通过实例阐述光伏跟踪结构稳定性对项目开发成本产生的重要意义。结果表明:实验测试中,不同负载下光伏组件均未出现明显的强度破坏,内围挠度值最大为145 mm,外围挠度值最大约为140.5 mm,挠度值变化在可控范围;仿真计算与实测数据误差在2%范围内,有限元模型分析具有可对比性;该分析研究方法通过实际测试平单轴光伏跟踪支架在恶类工况下的稳定性特点,对项目实施、安全性及成本控制具有重要意义。

基于轮齿修形的减速器减振降噪研究

针对某减速器内部激励引起的振动噪声问题,通过Romax Designer软件建立了刚柔耦合动力学模型;对双联齿轮减速器运用遗传算法进行齿轮修形最优值求解,把求解最优值修形参数代入模型中进行接触分析,以降低传动误差。对比优化前后仿真结果发现,传动误差值、最大接触应力、单位长度载荷分布与峰值、轮齿齿根冯氏应力、模态柔度、能量、表面加速度以及声压值均发生了不同程度的降低,有效地降低了传动系统内部激励引起的振动噪声,提高了系统的寿命和传动的平稳性。

涡旋压缩机齿顶密封条磨损试验分析

涡旋压缩机在工作过程中密封条容易磨损,严重时会导致涡旋压缩机寿命降低。采用石墨(C)和聚酰亚胺(PI)对聚醚醚酮(PEEK)材料进行改性,三者按比例混合后利用热压机以365℃热压成型,得到C-PI-PEEK材料。将PEEK材料与改性C-PI-PEEK材料分别与45号钢球配副,并利用CFT-I型球面摩擦试验机进行摩擦试验,对比在不同载荷下两种材料的磨损性能。同时研究改性C-PI-PEEK材料在不同载荷下的磨损机理,通过扫描电镜(SEM/EDS)和3D激光扫描电子显微镜分析磨损表面转移膜的形成规律。试验结果表明:改性C-PI-PEEK复合材料较纯PEEK材料粗糙度降低,硬度增加;在不同载荷下改性C-PI-PEEK复合材料摩擦系数变小,磨损率低;C-PI-PEEK复合材料随着载荷的增加,磨损机理由疲劳磨损向粘着磨损和磨粒磨损转变,并伴有氧化磨损。

粉末冶金摩擦副材料及其成形技术

机器设备失效主要原因之一是摩擦副零件的磨损。作为高性能摩擦副材料的重要组成部分,粉末冶金摩擦副材料研究与开发受到了国内外的广泛关注。传统粉末冶金摩擦副制品由于受孔隙和强度等因素限制,在高速、重载等工况条件下容易发生失效,所以发展高性能的粉末冶金摩擦副材料及其制备技术具有重要意义。主要简述了国内外粉末冶金减摩耐磨材料和摩擦材料最新研究进展,重点介绍了一些典型粉末冶金摩擦副零件成形工艺与特点,同时对粉末冶金摩擦副零件市场应用和发展趋势进行讨论。

铜基粉末冶金摩擦材料的应用及展望

铜基粉末冶金摩擦材料以其在制动方面的优越性能获得了广泛地应用。本文阐述了铜基粉末冶金摩擦材料的使用要求,系统地介绍了铜基粉末冶金摩擦材料在飞机、高速列车、风力发电和汽车等领域的应用现状,并对铜基粉末冶金摩擦材料的未来发展进行了展望,为铜基粉末冶金摩擦材料的进一步的发展提供参考。

网带炉烧结工艺对PTFE基三层复合材料摩擦学性能的影响

通过湿法压轧复合工艺制备了聚四氟乙烯(PTFE)基三层复合材料,采用网带炉对复合材料试样进行了烧结,对试样分别进行了油循环和干摩擦两种端面摩擦磨损试验,研究了网带炉不同烧结温度和烧结频率对PTFE基三层复合材料摩擦学性能的影响,对试样承载能力、摩擦系数、磨痕深度及磨痕形貌进行了表征。结果表明,随着烧结温度和烧结频率在一定范围内增加,试样的承载能力、减摩性和耐磨性都先增加后减小,试样露铜及剥落程度则先减小后增大。当烧结温度为365℃,烧结频率为25 Hz时,PTFE基三层复合材料的综合摩擦学性能最佳。

一种非对称异步排气涡旋压缩机的数值模拟研究

传统非对称涡旋压缩机的2组工作腔内容积比不相等,会导致压缩时的压力不对称现象严重,同时使得排气损失和排气脉动增加。为此,针对一种等内容积比的非对称异步排气涡旋压缩机进行了数值模拟研究。首先,建立了非对称涡旋压缩机的几何模型,对非对称异步排气涡旋结构的构造原理进行了公式推导,分析了其工作腔的容积变化状况;然后,对该结构的流体域进行了结构化网格划分,并进行了瞬态数值模拟,研究了腔内压力场、温度场、速度场的分布特性;最后,在相同条件下,将该非对称异步排气涡旋压缩机与传统非对称涡旋压缩机进行了性能对比分析。研究结果表明:该非对称异步排气结构的腔内流场均呈非对称分布,同一工作腔的压力场较为均匀,2组工作腔的排气压差在2%以内,但同一工作腔的温度场和速度场受径向间隙影响,其不均匀程度较大;经性能对比,该结构的排气压力损失仅为6.6%,排气温度降低了8.1 K,排气时的脉动强度降低了34.9%,涡旋压缩机排气过程更加稳定。

微型涡旋压缩机切向泄漏流动特性与数值分析

针对微型涡旋压缩机工作腔内流场运动状态和切向泄漏特性难以通过实验测试获取的问题,以带有径向间隙的动、静涡旋盘啮合形成的三维流体模型为研究对象,采用CFD动网格技术,建立结构化网格和定义边界运动,探索月牙形压缩腔在工作过程中腔内流体的瞬态分布情况,研究径向间隙导致切向泄漏的工作腔内温度场、速度场和压力场瞬态分布规律。结果表明:切向泄漏对温度场和速度场不均匀分布情况影响较大,对压力场影响较小,在啮合间隙处压力和温度呈梯度变化,速度出现极值;平均进、出口质量流量和泄漏量与转速成正比。

涡旋压缩机动涡旋盘端面摩擦副多转速下磨损影响分析

针对涡旋压缩机工作过程中动涡旋盘端面在常见工况下因表面磨损过大导致气体泄漏问题,以某型号涡旋压缩机为研究对象,建立动涡旋盘端面摩擦副受力分析模型,分析作业过程中动涡旋盘端面受载荷变化情况;利用有限元数值模拟得到动涡旋盘在典型工况下不同转速时端面摩擦副动态接触应力变化云图,在端面磨损实验机上测得动涡旋盘常用材料QT400磨损系数,通过修正Archard磨损模型并结合有限元磨损仿真计算出在不同转速下QT400的磨损深度值,并根据材料PV值原理设计实验方案分析QT400的磨损机制。结果表明:动涡旋盘转速越快,接触应力值较大的区域磨损深度值越大:材料磨损机制主要为疲劳磨损,随着载荷增大磨损机制不断向黏着磨损转化,并伴随有少量的磨粒磨损,该研究对涡旋压缩机动涡旋盘结构改进具有一定的参考价值。

挖掘机工作装置关节摩擦副动态接触特性分析

挖掘机工作装置关节摩擦副直接关系到挖掘机的作业质量以及产品可靠性。针对挖掘机在使用过程中出现关节摩擦副耳板外翻以及端面磨损严重问题,建立工作装置动力学模型,并基于ADAMS进行了动力学仿真,得到工作装置3个主要承重关节载荷谱数据,同时加以应变片实验验证,确保动力学仿真结果的正确性。在此基础上,基于动力学仿真结果载荷谱数据,应用ANSYS对工作装置的动臂-底座关节进行动态接触特性仿真分析。结果表明:工作装置在挖掘过程启动和结束时候存在较大突变载荷,对耳板产生冲击;接触端面的峰值应力远低于材料许用应力,端面破坏主要是由疲劳破坏造成;接触磨损区域主要集中于一侧端面外边缘处,伴随着相互之间的黏附,端面的磨损由外向内将逐渐延伸。研究结果为挖掘机工作装置关节端面碰撞冲击、磨损分析以及关节接触优化提供依据。