基于FMECA的高速小型复合分子泵故障分析

针对高速小型复合分子泵各组成单元潜在的各种故障模式及其对产品功能的影响,提出一种基于FMECA的预防或改进措施。通过分析高速小型复合分子泵的各种故障模式及其对整机性能的影响,绘制了高速小型复合分子泵的危害性矩阵图,并确定了支承单元和驱动单元是高速小型复合分子泵的可靠性关键件、薄弱环节。分析结果表明:该研究提出的相应预防或改进措施,为高速小型复合分子泵的优化设计、可靠性增长和故障分析定位提供了可信的参考依据。

简单光学成像技术及其研究进展

计算成像为光学成像系统提供了更强大的信息获取能力,通过在成像链路中引入编解码过程,在增大信息量的同时降低系统的复杂度,为实现更简单和更智能的成像系统奠定了基础.本文总结了以计算成像为基础的简单光学成像技术的发展.简单光学以小型化和集成化的成像元件与系统为目标,将光学系统设计与图像处理算法进行联合优化,在小尺寸、低质量和低功耗的系统中实现与复杂光学系统相媲美的成像效果.随着微纳加工技术的发展,简单光学元件从单透镜或少片透镜逐渐发展到衍射光学元件、二元光学元件和超构表面等平板光学元件.复原算法中总结了正向求解算法、基于模型的优化迭代算法和深度学习人工智能算法.本文介绍了深度成像、高分辨与超分辨成像、大视场和大景深成像等技术,以及简单光学在消费电子、自动驾驶、机器视觉、安防监控和元宇宙等领域发挥的作用,并对未来的发展进行展望.

具有温度补偿的光纤位移传感器

位移测量是结构健康检测的重要参量之一.本文提出了一种双悬臂梁粘贴光纤光栅的位移传感器,它将位移变化转换成两只光纤光栅的波长移动,实现对位移量的绝对测量.通过引入对称补偿光纤光栅的方法解决了温度与位移交叉敏感的问题.推导了位移传感器的工作原理,完成了相关实验,并分析了传感器所产生误差的来源.实验结果表明,在量程为20mm的时候,位移灵敏度为123pm/mm,温度补偿前,温度对位移的影响是234.9μm/℃;温度补偿后,温度对位移的影响为17μm/℃.本位移传感器量程大、线性好、准确度高,不易受恶劣环境影响.

大口径拼接光栅闭环控制算法设计

针对拼接光栅系统需要保持长时间动态稳定的特殊控制要求,分析了光栅拼接四维调整误差的数学模型,采用"锁存补偿法"避免饱和遗失与"四点中心差分法"抗干扰对增量式PID算法进行改进,设计了适用于拼接光栅的PID控制算法。拼接光栅自动闭环控制实验的光斑图像表明,改进的PID控制算法能够使拼接光栅在1h内保持动态稳定。

KDP晶体单点金刚石飞切轨迹波纹误差辨识研究

频率辨识是消除或抑制KDP晶体超精密金刚石飞切轨迹波纹误差的重要前提。针对该问题,提出了一种基于空间频率变换的飞切轨迹波纹误差辨识方法。该方法通过提取表面飞切轨迹上的轮廓幅值,计算其波纹误差的空间频率,然后采用飞切线速度进行转换,获得时间域上的频率值,实现波纹误差特征频率的准确分离。将误差特征频率与切削振动频率、机床气浮主轴系统的固有频率进行对比分析,明确了气浮主轴在断续切削力作用下产生的自激振动和来自电机的受迫振动是导致KDP晶体金刚石飞切波纹误差的根本原因。在此基础上,通过对主轴驱动及结构的优化,工艺实验结果表明,大口径KDP晶体飞切后的PSD1(2.5~33mm)频段内波纹误差RMS值由53nm降低至12nm。

液体静压主轴性能分析

介绍液体静压主轴性能数值仿真分析方法,采用基于有限体积法的计算流体动力学软件FLUENT对主轴性能进行预测。通过匹配主轴的节流孔径和油膜间隙等关键结构参数,从而使得相同结构尺寸下主轴的性能达到更优,进而指导主轴的结构设计;通过测试分析液压站供油压力的波动获得主轴承载能力的变化,从而得到主轴回转轴线的偏移量,进而得到压力波动对主轴回转精度的影响。

三轴超精密单点金刚石车床SGDT350研制

文章介绍了基于静压支承技术自主研制的三轴超精密单点金刚石车床SGDT350。机床采用模块化设计,构建了开放式控制体系,成功实现了机床的高精度运动。经实测机床主轴回转跳动≤50nm,导轨直线度允差≤0.3μm/250mm,加工φ75mm口径SR250mm铝合金凸球面面形PV值达0.24μm,表面粗糙度Sa值达3.5nm,表明了机床具有较好的运动精度和加工性能。

穿戴式下肢外骨骼机器人的结构设计与仿真

设计了一种下肢外骨骼装置,主要由髋关节、膝关节、踝关节和驱动装置组成,其中膝关节部分采用了四杆机构替代传统的单自由度转动副结构,提高了膝关节的仿生性,驱动装置采用了电机驱动。对髋、膝、踝三关节采用Adams进行了运动学仿真分析,获得了三个关节的输出角度数据,通过与输入角度数据的对比,验证了该下肢外骨骼装置与人体行走姿态具有良好的跟随性。同时通过对膝关节四杆机构的结构设计与运动学仿真分析的交互叠代,优化了膝关节四杆机构的设计参数。

均压腔闭式止推轴承静动特性分析

在传统静压气浮轴承模型中节流小孔被简化为一个点,同时对于闭式轴承,上下两个止推轴承的耦合效应被忽略。针对这一问题,建立了包含均压腔的修正雷诺方程,在考虑闭式轴承耦合效应的基础上采用有限单元法与摄动法计算了气膜厚度、供气压力、均压腔深度对闭式轴承静动态特性的影响规律。结果表明上下轴承耦合效应对闭式轴承性能有显著影响,并且可以通过优化均压腔深度提高轴承刚度同时避免气锤自激。

面向CPV的聚光透镜制造装备设计技术研究

太阳能光伏发电作为太阳能利用中最具发展前景的技术已被广泛应用,其中由聚光透镜构成聚光器是光学系统中的关键部件,从而开展面向CPV的聚光透镜制造装备设计是实现太阳能光伏发电的基础。为此从复杂微结构大口径光学元件(菲涅尔透镜)结构及其表面微结构几何特征尺寸,分析得到超精密加工机床的技术要求。通过对装备功能构架的设计,获得超精密立式车床的总体构成,再分别对装备中床身、导轨、主轴、刀架等进行分析,获得满足菲涅尔透镜加工精度要求的超精密加工机床。

节流方式对液体静压导轨刚度的影响规律研究

节流器是液体静压导轨系统中重要的调节元件,为了探究不同节流方式对液体静压导轨刚度的影响,设计了可更换节流器类型的液体静压导轨实验台,采用有限元仿真与实验结合的方法,探究了小孔、毛细管、环形缝隙这3种节流方式对液体静压导轨刚度的影响规律。依照液阻相同的原则,计算得到3种类型节流器设计参数,建立不同节流方式的承载油膜有限元模型,求解得到承载油膜的压力分布及承载力,利用逐差法求解刚度。研究表明:相同液阻条件下,小孔节流方式的油膜刚度大于毛细管与环形缝隙节流方式;随着油膜厚度的增加,油膜刚度先增大后减小,存在一个最佳油膜厚度使得刚度最大;油膜刚度随着供油压力的增大而增大,小孔节流方式的油膜刚度对于油压波动的敏感性要低于毛细管和环形缝隙节流方式。本研究为液体静压导轨节流器的类型选择与参数优化设计提供了参考。

SPDT加工对KDP晶体表面温度及应力的影响

KDP晶体作为优质的非线性光学材料,具有脆性高、对温度敏感等特性,在单点金刚石切削(SPDT)超精密加工中,微小的温度和应力变化有可能对晶体造成损伤,但是一直未有相关实验报道。本文采用红外热成像仪对SPDT加工过程进行监测,结合Raman光谱技术,研究KDP晶体在SPDT加工前后表面温度和应力的分布变化。大尺寸KDP晶体经过快速微区切削后,在给定的切削工艺条件下,测量出切削部分最高瞬态温度比附近未切削部分高出将近8℃。通过Raman测量,显示切削后晶体表面存在残余拉应力。结合热力耦合模拟仿真,进一步分析了SPDT加工过程动态切削温度对晶体质量的影响,为优化加工参数提供依据。

高速小型复合分子泵可靠性建模与故障分析

根据高速小型复合分子泵的特点,建立了复合分子泵可靠性模型,基于专家评分法对其可靠性指标进行了分配,使得各单元分系统的平均故障间隔时间MTBF值更加符合整机可靠性的实际要求。基于复合分子泵可靠性模型,完成了故障树模型建立及分析,发现了其薄弱环节,为高速小型复合分子泵的结构优化和可靠性增长奠定基础。

基于CCD传感器的超精密车床光学精确对刀及其应用

对刀精度是影响加工工件面形精度的主要因素之一,为了实现平面或球面零件在超精密车削过程中的高精度对刀,设计了一种基于CCD传感器的光学对刀装置。通过LVDT对刀装置粗定位、光学对刀装置精定位的粗精结合的方法,快速准确地测得刀具的中心高、刀尖圆弧半径以及刀具定心坐标,重复对刀精度达到1μm,实现精确对刀。对刀装置应用于自研三轴金刚车SGDT350机床,实现了直径75 mm、顶部球径为250 mm的凸球面铝件超精密加工,其面形精度PV达到0.24μm。进一步证明了该对刀装置的精度以及该方法的有效性,同时大幅提高了对刀效率。

大口径光栅拼接装置的微振动响应分析

针对2×2大口径光栅拼接装置在暖通空调振动影响下的稳定性问题,建立了有限元动力分析模型。以实测的震动功率谱密度为激励,运用ANSYS软件对其随机振动响应进行分析计算,并与实测结果进行了比较。结果表明,该装置在工作环境中满足稳定性要求。

气浮转台转子结构参数对变形的影响研究及优化设计

为了减小气浮转台在加工尺寸较大的零件时的变形,对转子的各几何参数进行了灵敏度分析。首先了利用Workbench中Static Structural分析出初始设计尺寸下气浮转台的变形量以及应力大小,然后再利用响应曲面优化分析工具(Response Surface)求出所有几何设计尺寸对气浮转台变形量的灵敏度的大小,选出灵敏度较大的尺寸进行优化设计,并最终确定了一组最佳尺寸。对优化后的尺寸进行有限元分析,其变形量得到了明显的减小,最大变形量由13.02μm下降到了2.98μm,最小变形量由10.39μm下降到了0.55μm。