高频声表面波液滴雾化器设计与实验研究

针对现有的雾化装置粒径分散较广及难以生成大量微米级与亚微米级液滴等问题,设计并加工了一种基于声表面波的液滴雾化装置。首先,利用COMSOL仿真软件对声表面波器件的结构建模并进行压电仿真分析,模拟声表面波的振动传播,得到其谐振频率为18.269 MHz。其次,基于声-压电耦合多物理场模拟声波在固-液界面的衍射,以及在液体中的传播过程。最后,加工声表面波雾化实验装置并进行液滴雾化实验,通过调整激励信号频率与输入功率实现了液滴的稳定雾化,对雾化后的液滴粒径分布进行测试。实验结果表明,当输入信号幅值为420 mV,谐振频率为19.259 MHz时,该装置生成大量微米级细小液滴,液滴粒径基本呈三峰分布,主要集中在3μm、30μm与500μm。

菲涅尔透镜聚焦声泳打印装置设计及实验研究

针对现有的喷墨打印技术需根据喷印材料的特性定制而较难直接用于不同材料打印的问题,设计了一种基于菲涅尔透镜聚焦的声泳打印装置。该装置由超声发生器、超声换能器、菲涅尔透镜以及供液系统组成。首先,利用多物理场耦合仿真软件模拟液滴在声辐射力作用下的滴落过程,并分析了喷嘴到基底距离、菲涅尔透镜厚度及基底不同边界等因素对声场压力分布的影响,以及声场压力、喷嘴直径及材料黏度对液滴喷射过程的影响。其次,采用构建的声泳打印装置进行喷射成滴实验,通过调整超声发生器输出功率实现了不同黏度的聚乙二醇溶液的喷射以及UV胶的喷射。实验结果表明:该微滴喷射系统能产生一致性较好的微滴,喷印出的微透镜尺寸波动范围在2%以内,证明了该装置的稳定性以及实现了不同材料微滴喷射的可行性。

基于3D打印的柔性三频微带天线的设计与加工

为解决可穿戴设备在复杂应用场景中无线信号响应范围较窄的问题,该文提出了一种柔性三频微带天线,在2.5 GHz、3.5 GHz、5.4 GHz微波频段采用双“T”型+双“L”型表面结构实现天线的谐振,采用聚酰亚胺为基底材料,纳米银为辐射贴片及接地面的导电材料以实现柔性化。使用ANSYS HFSS对天线进行建模并进行仿真分析,使用微滴喷射3D打印工艺对其加工,有效地解决了传统微机电系统(MEMS)加工在柔性电子领域上成本高及步骤复杂等问题。最后使用场发射扫描电镜分析打印面形貌,并使用矢量网络分析仪分别测试天线成品的回波损耗、可弯折性及弯折抗疲劳性,测试结果与仿真结果基本一致,且天线具有较好的弯折性能。

高重合度齿轮传动的平稳性分析及试验

利用ADAMS软件对高重合度齿轮传动进行动力学仿真,分析不同转速和载荷下传动比变化情况,并与相同参数的标准渐开线齿轮传动进行对比分析;将加工出的高重合度齿轮应用于齿轮减速机,在机械传动测试试验台上,对其传动比的变化情况进行了试验测试.结果表明,与相同参数的标准渐开线齿轮传动相比,高重合度齿轮传动的传动比波动幅值较小,传动平稳性较好.

客车空调螺柱电弧式螺柱焊的实验研究

针对客车空调紧固件螺栓的焊接成型,提出一种电弧式螺柱焊接方式来替代原有的螺栓预埋气体保护焊方式,设计了一种可以自行更换螺柱的螺柱焊枪,搭建了螺柱焊接实验平台,螺柱直径为10 m m,实现穿透焊的蒙皮试件厚1.2 m m,骨架试件厚3 m m。依据经验公式设定焊接电流为900 A,焊接时间为60 m s时,进行电弧式螺柱焊的实验,完成了客车空调螺柱的焊接成型,最后利用万能材料试验机对焊接完成的试件进行机械拉伸试验,螺柱在焊缝区域以外断裂,证明了电弧式螺柱焊方式能够提高螺柱焊接质量,提升了客车运行的安全性和可靠性。

基于PDMS微结构介质层的柔性电容式压力传感器

近年来,为了满足人工智能、物联网和可穿戴设备的发展需求,高灵敏度、低成本的柔性压力传感器的设计和制备引起了研究人员的广泛关注.本文以聚二甲基硅氧烷(PDMS)四棱柱微结构薄膜作为传感器的介质层,以银纳米线-聚对苯二甲酸乙二醇酯(AgNW-PET)透明导电膜作为传感器的上下电极层,制备了一种具有“三明治”结构的柔性电容式压力传感器.采用压力装置以及电容采集装置对传感器的性能进行测试.测试结果表明,在0~0.18 kPa压强范围内,该传感器的灵敏度可达0.63 kPa^(-1),并且具有较低的迟滞性,较快的响应时间和恢复时间,以及较好的重复性和稳定性,能检测到0.73 Pa的微小压力.最后,展示了传感器在接触检测和接近感应中的应用.

基于近场静电雾化工艺制备ZnO薄膜及其紫外光电探测性能

氧化锌(ZnO)光电敏感薄膜的精确喷印是集成制造的关键.本文采用近场静电雾化工艺制备ZnO光电敏感薄膜,通过缩短喷头至收集板距离,并缩小薄膜的沉积区域线宽,使纳米颗粒均匀分布在150~250μm线宽内.考察了不同喷印工艺对薄膜结构的影响.喷印次数增加,薄膜内的纳米颗粒分布密度增加,纳米颗粒间形成连续均匀分布,薄膜沉积线宽随施加电压和喷头至收集板距离的增大而增大.测试了不同ZnO薄膜结构对紫外光电探测器性能的影响,当紫外光强为3500 mW/cm 2时,响应光电流可达464μA,为暗电流的266.7倍,表现出了良好的光电探测性能,并具有良好的稳定性和可重复性.

中凸变椭圆活塞的车削轨迹优化与误差分析

以中凸变椭圆型活塞裙部的车削成型为研究对象,搭建了活塞车削系统实验平台,利用三次样条算法对其裙部初始数据进行密化和平滑处理,计算出关于活塞裙部型面的刀触点轨迹坐标O0(ρ0,θ0,Z0)。在此基础上进行活塞裙部车削轨迹实验,并对其加工误差进行检测,通过实验分析表明,采用变截面螺旋轨迹算法进行活塞加工,其轨迹误差比传统的近似螺旋轨迹算法误差低了1个量级,最大轨迹误差减小至0.86μm,为下一步有效提高中凸变椭圆型活塞裙部型面加工精度奠定了基础。

铝合金机器人砂带恒定力抛光系统设计及仿真

以铝合金制件的砂带抛光成型为目标,研究了铝合金机器人砂带抛光的工作原理和工艺流程,对铝合金抛光系统的张紧气缸推力、调偏电机扭矩和主动轮规格进行了计算,绘制了铝合金砂带恒定抛光机三维图纸。抛光机系统由机器人及夹具、砂带抛光机、电气控制系统、双向上下料装置等组成。在此基础上设计了恒定抛光力的机器人抛光控制系统,采用变频器电流反馈和气缸推力自调整的双闭环系统实现抛光力恒定控制,并对所设计的机器人抛光的运动轨迹进行了模拟仿真,验证了所设计的铝合金抛光机的合理性和可靠性。

微进给机构的柔性铰链设计与有限元分析

设计一套以音圈电机为驱动电机,柔性铰链为支承元件,碟形弹簧为减震机构的微进给机构.柔性铰链采用双平行四杆机构的结构形式,计算了柔性铰链在音圈电机峰值推力作用下的最大输出位移和最大应力值.通过有限元分析柔性铰链在不同推力作用下的应力、应变图,发现在音圈电机最大推力800 N作用下,柔性铰链的最大应变为224.67μm.分析结果证明,所设计的直圆形双平行四连杆柔性铰链能够满足微进给机构的往复进给行程要求.

微透镜阵列快刀伺服车削进刀路径生成与优化研究

微透镜阵列作为一种非轴对称的复杂光学曲面,对轮廓精度及表面粗糙度的要求都非常高,在快刀伺服车削加工过程中,刀具补偿及其轨迹规划是非常重要的环节。首先介绍了刀具加工路径生成的基本流程,根据刀尖圆弧与工件曲面之间的几何关系,推导了刀位点坐标的计算公式;然后针对微透镜开口轮廓边缘区域,讨论了过渡区及其宽度和分布情况;最后提出了过渡区刀尖半径补偿优化算法,并基于MATLAB软件进行了加工仿真。结果表明提出的刀具路径优化方法能够有效提高微透镜轮廓边缘的加工精度。

溶剂调变合成的LaPO_4:Dy^(3+)纳米荧光粉的形貌表征

采用水热法制备了单斜相LaPO_4:Dy^(3+)纳米白光荧光颗粒,并研究其形貌表征.研究结果表明,调变溶剂中聚乙二醇400与水的比例对LaPO_4:Dy^(3+)纳米发光粉体形貌和结构有很大影响,随着聚乙二醇含量的减少,样品的形貌由纳米球→纳米棒→纳米线转变.XRD结果表明,所制备的样品均属于单斜相结构。发光结果显示,LaPO_4:Dy^(3+)纳米颗粒在475 nm(蓝光区)与575 nm(黄光区)处具有较强的发射峰,分别对应于Dy^(3+)的~4F_(9/2)→~6H_(15/2)和4F9/2→~6H_(13/2)跃迁,由于蓝黄两个峰的强度接近,色度坐标为(0.29、0.31),表明LaPO_4:Dy^(3+)具有应用于白色荧光粉的潜在价值。

低脉动齿轮泵的主动设计及特性分析

针对现有齿轮泵流量脉动大的问题,提出一种低脉动齿轮泵齿轮齿廓的主动设计方法,即通过控制齿轮泵的流量脉动系数,主动控制齿廓形状。根据齿轮啮合原理,在引入极距和压力角函数的基础上,推导齿轮泵的瞬时流量和脉动系数的数学表达式,建立低脉动齿轮泵主动设计的数学模型,推导流量脉动系数的临界条件,给出了其设计流程。并通过具体实例,详细说明了低脉动齿轮泵的主动设计过程,分析了低脉动齿轮泵的特性,并与相同参数的渐开线齿轮泵进行了对比,研究成果可为降低齿轮泵的流量脉动、提高齿轮泵的工作平稳性和寿命,提供一种新的思路。

基于投影法的摆线齿轮齿廓偏差检测及分析

摆线齿轮齿廓偏差与其传动平稳性、运动精度等有直接联系。针对目前摆线齿轮检测过程中存在检测效率低、检测样本不足等问题,提出了以影像测量技术为平台的摆线齿轮齿廓偏差检测的一种非接触检测方法。基于光学影像测量系统和Sobel边缘检测算法,得到了被测摆线齿轮全齿廓图像和实际齿廓边缘点坐标;基于摆线齿轮齿廓方程和分割逼近法,得到了沿测量点处法线方向上的理论坐标值,建立了齿廓偏差求解模型,实现了摆线齿轮全部轮齿齿廓偏差的测量,并对引起摆线齿轮齿廓偏差的因素进行了分析,为摆线齿轮齿形设计与制造提供依据。

激光辅助金刚石车削单晶硅的温度场建模及加工试验

以激光辅助条件下单晶硅的金刚石车削为对象,建立了激光辅助加热的温度场模型,利用COMSOL软件模拟得到单晶硅表面及亚表面的温度场分布;结合激光辅助加热的单晶硅表面测温试验,与温度场仿真结果进行了对比验证;最后开展了单晶硅激光辅助金刚石车削试验,研究进给量和背吃刀量一定的条件下,激光功率和主轴转速对切削力、表面粗糙度、切屑形态及刀具磨损的影响。结果表明,主轴转速为2000 r/min、激光功率32~40 W时,表面温度达到脆塑转变温度,500℃以上的亚表面传热深度超过6.8μm;激光软化材料效果受功率和主轴转速共同影响,随着激光功率增加和主轴转速降低,单晶硅加工性能和表面质量提升,刀具磨损降低,但激光功率达48 W时,加工热损伤导致单晶硅表面粗糙度大幅增加;激光功率40 W、主轴转速2000 r/min条件下,单晶硅表面粗糙度最低可达3 nm。