创新型人才培养为导向的虚拟实验教学改革——以《微机械设计与制造》课程为例

以创新型人才培养为导向,阐述虚拟实验教学改革的目标指向、总体思路和教学改革内容。以《微机械设计与制造》课程为例,基于Lab VIEW软件平台,开发了5个虚拟实验用于实验教学。教学实践证明,能够促进学生智能结构完善,推动学生参与创新创业和科研活动,提升课程教学质量。

《微机械设计与制造》虚拟实验教学研究

本文详细阐述了《微机械设计与制造》课程虚拟实验教学的教学理念、教学内容及教学方法,创新性地提出了虚拟实验教学平台的构建方案。基于拥有强大网络通信功能的LabVIEW软件平台,我们开发了5个虚拟实验用于实验教学。经过一学年教学实践对比证明,《微机械设计与制造》虚拟实验教学更能从声形方面激发学生学习的积极性、主动性和创新性,增强学生对课程的理解,在当代多元化教学领域中具有广阔的应用前景。

新型高量程冲击硅微机械加速度传感器的设计与制造

给出了一种测量高量程冲击加速度的硅微机械加速度传感器的设计和制造方法．加速度传感器采用整体式悬臂梁结构，在硅片平面内设计了两个分布方向相反结构相同的悬臂梁，每个悬臂梁顶端通过硼扩散形成两个压敏电阻，四个压敏电阻构成惠斯通全桥连接．悬臂梁两侧面和过载保护曲面采用DRIE技术加工，过载保护曲面设计成近似于冲击加速度传感器承受最大加速度时悬臂梁弯曲曲面的形状，一方面提高了悬臂梁过载保护能力，另一方面可以调节加速度传感器的工作阻尼至临界阻尼，有效提高了加速度传感器的工作频率带宽．分析和测试结果表明，加速度传感器的灵敏度达到3．024μV／g，工作频率带宽达到O～81kHz，量程达到0～50000g．加速度传感器的性能能够满足测号冲击过程的要求．

支持挤出平模头自动化研磨的测量技术

针对目前国内尚无快速、经济、有效的解决挤出平模头自动化研磨平模头直线度检测的现状,通过对测量对象的深入研究,建立了测量数学模型,提出了挤出平模头直线度测量方法。该方法通过计算机对一条假设的正弦波曲线进行测量精度模拟验证,并考虑定位误差等影响最终结果的误差;对得到的目标曲线按照形位公差国家标准,使用最小条件的原则进行直线度评定。通过几组实验的数据总结,从而验证此测量方法的可行性。

一种电容式硅微机械麦克风的设计与制造

给出了一种电容式硅微机械麦克风的设计和制造方法。该微机械麦克风在单一硅片上制作,麦克风的两个电极由1个3层复合敏感膜和1个带有通气孔的金属铜底板构成,敏感膜与底板之间采用牺牲层技术形成空气间隙。测试结果表明,该硅微机械麦克风适合在工业界推广应用。

基于CDIO的实验项目开发与实践

阐述了工程教育模式CDIO的基本概念，提出了基于CDIO教学模式的生产线设计及平衡自主创新综合实验项目的开发和实践，并对实验项目涉及的要求作了阐述。该实验项目打破了传统实验教学模式，教师和学生在实验教学中扮演的角色发生较大改变，要求学生自主设计和完成实验内容，实现被动接受教育到学生自主创新、设计和实施的转变。实施结果表明取得很好效果。

固溶处理对7050高强铝合金显微组织和机械性能的影响

为了获得7050高强铝合金较为理想的固溶处理制度，通过组织观察（光学显微镜和扫描电镜）、洛氏硬度测试、拉伸力学性能测试、能谱分析等方法研究了固溶处理对7050高强铝合金显微组织和性能的影响。结果表明，在430-470℃范围内，随固溶温度的增加或固溶时间的延长，合金的粗大相逐渐回溶入基体组织中，固溶效果增强，经过淬火后组织过饱和度增大，经人工时效后的基体强化效果增强，强度逐渐提高。然而，随着固溶温度进一步提高或延长固溶时间，造成了晶粒的长大，过剩相减少，析出相的弥散强化作用减弱，基体强度逐渐降低。所得7050高强铝合金较为理想的固溶处理制度为470℃×60min。

多孔扇形分布端面机械密封性能的数值分析

与普通机械密封相比,微孔端面机械密封的端面摩擦因数、生热量下降而耐磨和抗压性能提高。本文通过建立激光加工微孔端面液体润滑机械密封的理论模型,分析了微孔沿圆周和半径方向呈间断扇形分布时的密封性能。采用有限元法求解雷诺方程获得不同扇形区和微孔结构尺寸参数条件下的端面液膜压力分布,在此基础上计算了液膜刚度、开启力、泄漏量、摩擦扭矩、刚漏比和开漏比等密封性能参数,并进一步分析了各密封性能参数随结构参数的变化规律。结果表明,当径向开孔长度比和周向开孔长度比的优化值均为0.6,微孔面积密度在0.2～0.3范围取值,深径比在0.010～0.015范围取值时,密封综合性能最优。

端面微形体对液体润滑机械密封性能的影响

针对等深(高)凹(凸)微形体端面液体润滑机械密封,采用有限元法求解等温及层流不可压缩二维Reynolds方程研究了在端面开启力与闭合力平衡的状态下,圆形、正方形、六边形和三角形等不同凹(凸)微形体端面机械密封的平均液膜厚度、摩擦扭矩、液膜刚度和泄漏量等密封参数随微形体面积比的变化规律,并比较了"凹"、"凸"2种微形体端面机械密封的性能.结果表明:微形体面积比对密封性能影响较大,且"凸"微形体端面密封的性能参数所受影响较"凹"微形体密封大;在相同工况和面积比条件下,"凹"微形体端面密封的综合性能优于"凸"微形体端面密封.

不同型面微孔对激光加工多孔端面机械密封性能的影响

考虑密封端面液膜中的空化现象,建立了激光加工多孔端面机械密封(LST-MS)的理论分析模型,应用有限元方法研究了矩形面、椭圆面、球缺面和抛物面等4种不同型面微孔LST-MS的密封特性参数,包括端面开启力、液膜刚度和摩擦扭矩等受微孔几何结构参数的影响规律,给出了上述LST-MS在最大液膜刚度条件下微孔的最优面积密度和最优深径比.结果表明,矩形型面微孔LST-MS拥有最佳的综合性能,研究结果具有较强的理论与工程应用价值.

快速精确获取设计中农业机械模态模型的方法

在农业机械的设计过程中,为了快速获得产品整机的模态参数,该文以某小型农业作业机为例,探讨了采用NASTRAN求解的方法获取设计结构的模态模型;采用LMSTest.Lab试验模态分析的方法获取复杂外购件和通用件的模态模型,用自由界面模态综合的方法将通过前述方法获得的各结构模态在LMSVirtual.Lab中综合,最终获取整机模态模型的方法。试验证明采用该方法获得的主要固有频率最大误差小于5.5%,且振型基本吻合。采用该方法可以在小型农业机械的快速设计过程中,快速、准确获取整机模态参数,为在设计过程中研究产品的动态特性和进行结构优化提供了数据支撑,具有重要的工程应用价值。

无抛光垫化学机械抛光技术研究

应用双电层理论分析了SiO2磨粒与聚苯乙烯粒子在溶液中的ζ电位及粒子间的相互作用机制,观察到SiO2磨粒吸附在聚苯乙烯粒子表面的现象。分析了基于复合粒子抛光液的无抛光垫化学机械抛光技术特点及其材料去除机理。比较试验表明,基于复合粒子抛光液的硅片无抛光垫化学机械抛光具有与传统化学机械抛光相接近的材料去除率和硅片表面粗糙度值,并可避免工件塌边现象的产生。

条烟自动分拣的异步法及其装置

为统筹规划自动分拣仓列阵和输送系统的动作,提出条烟自动分拣系统的异步分拣法及其基本控制算法,并与同步分拣法进行了比较,其中输送系统包括一串相互连接的输送容器,并且采用步进方式运动.研究了自动分拣仓的条烟分拣执行方案,设计了滑道式分拣装置,其条烟连续进给运用斜面和重力原理而无需动力推进,其中双动出烟机构具有可任意切换的单条出烟和单排出烟功能.试验得到了基于异步分拣法的条烟自动分拣的基本能力数据,系统的实际分拣效率大于10 000条/h.

利用复合磨粒抛光液的硅片化学机械抛光

为了提高硅片的抛光速率,利用复合磨粒抛光液对硅片进行化学机械抛光。分析了SiO2磨粒与聚苯乙烯粒子在溶液中的ζ电位及粒子间的相互作用机制,观察到SiO2磨粒吸附在聚苯乙烯及某种氨基树脂粒子表面的现象。通过向单一磨粒抛光液中加入聚合物粒子的方法获得了复合磨粒抛光液。对硅片传统化学机械抛光与利用复合磨粒抛光液的化学机械抛光进行了抛光性能研究,提出了利用复合磨粒抛光液的化学机械抛光技术的材料去除机理,并分析了抛光工艺参数对抛光速率的影响。实验结果显示,利用单一SiO2磨料抛光液对硅片进行抛光的抛光速率为180nm/min;利用SiO2磨料与聚苯乙烯粒子或某氨基树脂粒子形成的复合磨粒抛光液对硅片进行抛光的抛光速率分别为273nm/min和324nm/min。结果表明,利用复合磨粒抛光液对硅片进行抛光提高了抛光速率,并可获得Ra为0.2nm的光滑表面。

基于IAGA的机械手时间最优轨迹规划

为了实现机械手在约束范围内以最快的速度运动,将遗传算法应用于机械手时间最优轨迹规划的研究。在遗传算法进化过程的基础上,提出了一种基于种群集散状态的改进自适应遗传算子,同时采用了优胜劣汰的选择方式,进化后期交换交叉和变异的顺序,有效地解决了简单遗传算法的两大缺陷。对PUMA560的前三铰进行了仿真试验,并与混沌优化法进行了对比分析。实验结果表明,所提出的算法可以有效地防止早熟,收敛速度更快,鲁棒性更好且拥有较强的寻优能力。

微孔参数对激光加工多孔端面机械密封性能的影响

通过建立激光加工多孔端面机械密封的理论分析模型，应用有限元方法在给定工况下研究了不同微孔截面型线的微孔深径比ε和面积密度Sp对端面开启力、液膜刚度、摩擦扭矩及泄漏量等密封性能参数的影响规律。结果表明：当微孔深径比ε小于或等于0．2时，激光开孔端面密封的开启力、液膜刚度和摩擦力矩随其的增大急剧下降，但当微孔深径比ε大于0．2时，密封性能受其的影响很小；当面积密度Sp为0．4～0．6时，密封可获得最大的开启力或液膜刚度。

激光加工多孔端面机械密封中空化边界条件的比较

建立了激光加工多孔端面机械密封(LST-MS)的动压分析理论模型,在Half-Sommerfeld、Reynolds和JFO等3种不同空化边界条件下应用有限元法求解了端面流体膜压的Reynolds控制方程,研究了微孔结构参数及操作条件对端面无量纲平均动压的影响规律,并对上述空化算法的计算速度和精度进行了比较。结果表明,在一般情况下,采用Reynolds和JFO空化边界条件具有十分接近的预测精度,但是前者的预测速度明显优于后者,而采用Half-Sommerfeld空化边界条件预测精度则很差,建议此时采用Reynolds空化边界条件;对于不能采用Reynolds空化边界条件的情况,则建议采用JFO空化边界条件进行预测分析。

基于通用即插即用的网络化制造系统研究

针对当前基于服务器/客户机制造系统网络技术中存在的协同性差、缺少动态配置支持等问题,提出了一种基于新一代网络中间件通用即插即用的智能化制造网络系统实现方法。在分析现代制造网络系统的构造特点与基本需求的基础上,建立了面向制造自动化的网络系统模型,并以通用即插即用技术为核心设计了系统网络构架。利用通用即插即用内部通信接口,建立设备管理标准与网络通信协议,并通过其服务调用机制,实现制造网络系统的智能化管理。结合嵌入式系统技术,开发了实时数据采集节点、监控中心节点与数据中心节点,为系统提供有力的实时数据支持。工业现场实验证明,该系统能够实现制造网络各控制节点的自主识别和无缝链接等自适应功能。

热线风速仪在测量电站风量中的实验研究

以电厂电站中锅炉供风系统的风量测量状况为背景,从热线风速仪的实际使用出发,针对几种不同情况通过实验测量,讨论和分析了恒温式热线风速仪使用和制作的几个具体问题,并对热线风速仪的制作调试做了一些初步的探索性工作。

装载机工作装置机械液压耦合系统仿真

为准确分析装载机工作过程中工作装置的运动以及零件的载荷和强度状况,采用多体动力学仿真软件MSC.ADAMS及其液压模块,建立了工作装置的机械液压耦合仿真模型。其中机械模型为刚柔耦合模型,动臂、连杆、摇臂是可变形的柔性体零件,用有限元软件ANSYS构造,其他为不变形的刚体零件。对装载机工作装置进行一个工作循环的仿真,结果表明仿真模型全面反映了工作装置的运动状况和零件的强度状况。