第四章典型零部件(连杆)的设计 连杆是发动机最重要的零件之一，近代中小型高速柴油机，为使发动机结构紧凑，最合适的连杆长度应该是，在保证连杆及相关机件运动时不与其他机件相碰的情况下，选取小的连杆长度，而大缸径的中低速柴油机，为减少侧压力，可适当加长连杆。 连杆的结构并不复杂，且连杆大头、小头尺寸主要取决于曲轴及活塞组的设计。在连杆的设计中，主要考虑的是连杆中心距以及大、小头的结构形式。。连杆的运动情况和受力状态都比较复杂。在内燃机运转过程中，连杆小头中心与活塞一起作往复运动，承受活塞组产生的往复惯性力；大头中心与曲轴的连杆轴颈一起作往复运动，承受活塞连杆组往复惯性力和不包括连杆大头盖在内的连杆组旋转质量惯性力；杆身作复合平面运动，承受气体压力和往复惯性力所产生的拉伸.压缩交变应力，以及压缩载荷和本身摆动惯性力矩所产生的附加弯曲应力。 为了顺应内燃机高速化趋势，在发展连杆新材料、新工艺和新结构方面都必须既有利于提高刚度和疲劳强度，有能减轻质量，缩小尺寸。 对连杆的要求： 1、结构简单，尺寸紧凑，可靠耐用； 2、在保证具有足够强度和刚度的前提下，尽可能的减轻重量，以降低惯性力； 3、尽量缩短长度，以降低发动机的总体尺寸和总重量； 4、大小头轴承工作可靠，耐磨性好； 5、连杆螺栓疲劳强度高，连接可靠。 但由于本设计是改型设计，故良好的继承性也是一个考虑的方面。 4.1连杆材料 结合发动机工作特性,发动机连杆材料应当满足发动机正常工作所需要的要求。应具有较高的疲劳强度和冲击韧性，一般选用中碳钢或中碳合金钢，如45、40Cr等，本设计中发动机为中小功率发动机，故选用一般的45钢材料基本可以满足使用要求。
第35卷 第3期2010年 3 月 HEAT TREAT M ENT OF METALS V o l 35N o 3 M arch 2010 钛合金抗微动损伤的研究进展 孙晓宾,骆心怡,郑 婷,崔 宏,张云露 (南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京 210016) 摘要:钛合金对微动磨损和微动疲劳非常敏感,严重限制其推广应用。采用表面处理提高钛合金的抗微动损伤性能获得了良好效果。本文综述了表面涂覆技术、表面改性技术和复合表面处理技术等提高钛合金的抗微动损伤性能的研究进展,概述了表面处理提高钛合金微动损伤的机理,并展望了其未来的研究重点。关键词:钛合金;抗微动损伤;表面处理 中图分类号:TG166 5 文献标志码:A 文章编号:0254 6051(2010)03 0083 05 R esearch progress i n fretti ng resistance techno l ogy of titaniu m all oys S UN X iao bi ng ,LUO X i n y i ,Z HENG T i ng ,C U I H ong ,ZHANG Y un lu (College o fM ater i a l Sc i ence and T echnology ,N anji ng U n i versity o f A eronautics and A stronauti cs ,N an jing Ji angsu 210016,Ch i na)Abstrac t :The f urther appli cation o f titani um a lloys i s severity li m ited ow i ng to its i nherent shortcom ings s uch as sensiti v e t o fretti ng wear and fretting fati gue Sur f ace treat m ent ,w hich i m proves fretti ng resi stance o f titaniu m a ll oy eff ec ti ve l y ,has been pa i d m uch atten tion The resea rch prog ress i n i m prov i ng fre tti ng resistance o f titani um all oy by surface coating ,surface m odifica ti on and co m plex surface treat m ent is rev i ew ed ,and t he m echan is m i m prov i ng fre tti ng resistance by surface treat m ent ,and pred icts pivot o f research areas in t he f uture a re a lso su mm ar ized K ey word s :titan i u m a lloys ;fretti ng resi stance ;surface treat m ent 收稿日期:2009 09 20 基金项目:航空基金(2007ZE52057) 作者简介:孙晓宾(1984 ),男,河南安阳人,硕士研究生,研究方向为金属材料的表面处理。E m ai:l sunxiaob i ng194@163 co m,通讯作者:骆心怡,副教授。 钛是继钢、铝、镁之后21世纪的新型金属。从20世纪50年代,钛合金作为一种结构金属发展至今,已在诸多领域得到了很好的应用。但是钛合金摩擦系数大,尤其对微动磨损和微动疲劳损伤十分敏感,限制了其进一步的应用。据报道,钛合金由于微动作用使其 疲劳寿命降低高达20%~50%[1] ,而工业上使用的钛合金零件中,有相当一部分在微动条件下工作,特别是在航空航天工业中钛合金微动损伤尤其严重,据估计飞机结构破坏中涉及微动损伤的比例高达90%[2] ,这使微动损伤问题变得十分突出。因此,对于钛合金微动损伤防护技术的研究成为国内外发展高性能航空发动机的重要研究方向之一。近年来,国内外研究者围绕提高钛合金抗微动损伤性能开展了大量表面处理技术研究工作,并取得了很大进展。本文综述了表面涂覆技术、表面改性技术和复合表面处理等提高钛合金的抗微动损伤性能的研究进展,概述了表面处理提高钛合金微动损伤的机理,并对未来的研究重点进行展望。 1 提高钛合金抗微动损伤的研究现状 钛合金的抗微动性能差,易发生微动损伤,主要与它的电子层、晶体结构和热传导率有关。钛电子层中d bond 很低,仅27%,且活性很高,极易与其它元素化合 [3] ,磨损过程中易发生氧化 [4 6] 。处于室温的 T i 是六方结构,c /a =1 588,比理想值1 633小很多,致使{100l}面更易滑移,故易发生粘着[7 9] 。而钛的热传 导率小,易导致一般润滑剂的失效 [10] 。可见,钛合金 抗微动损伤性能差主要是由其本质决定的。采用表面处理是提高钛合金抗微动损伤性能经济有效的方法,因此长期以来国内外学者进行了大量深入的研究,并取得了巨大进展。目前大部分表面处理技术都应用到了钛合金上,如金属电镀[11] 、激光表面处理 [12] 、等离 子喷涂 [13] 、有机涂层 [14] 、干膜润滑层[15] 等。各种方法 不同程度地提高了钛合金的抗微动损伤性能,但也都有一些局限性。最近关于采用表面处理技术来提高钛合金抗微动损伤的研究可以归纳于以下三个方面:表面涂覆技术、表面改性技术和复合表面处理技术。1 1 表面涂覆技术 表面涂覆技术是应用较早的一项表面处理技术,至今仍发挥着重要的作用。在钛合金抗微动损伤中,传统的表面涂覆技术有物理气相沉积、化学气相沉积、热喷涂、粘涂等。但是采用传统的涂覆技术制备的涂层存在与基体结合强度弱、厚度薄、损害基体的常规性能等缺点。为了更好地发挥涂层的优点,克服其缺点,
1．连杆受力及其特征： 1.)四冲程内燃机连杆在整个工作循环中时而受压，时而受拉，二冲程内燃机的连杆 则几乎是一直受压； 2.)连杆的摆动使杆身产生惯性力矩并使连杆受弯； 3.)主副连杆机构中的副连杆的作用力产生附加弯矩 2．设计连杆时注意： 1.)应从疲劳强度的角度来考虑连杆的强度设计，几乎所有连杆因强度问题而出现的 事故均系耐疲劳强度下不足所致； 2.)应保证连杆有足够的刚度，特别应避免连杆大、小端孔的变形过大，以保证轴瓦 与衬套能可靠工作，同时应力求减小给连杆螺栓增加附加弯曲应力； 3.)保证连杆大、小端轴瓦和衬套可靠工作、足够的耐磨性和抗疲劳性，以适应柴油 机不断提高功率和降低维护保养费用，延长检修期的需要。 3．平切口连杆大端： 连杆大端盖的剖分面与连杆中心垂直。杆身与大端盖之间用连杆螺栓联接。平切口结构连杆大端的曲柄销尺寸范围为dp≤(0.65-0.72)D。尽管这种大端结构及制造工艺均甚为简单，且仍广泛应用于高、中速内燃机中，但由于曲柄销径的增大受到限制，这种结构难以用于高参数的柴油机中。 4．斜切口连杆大端： 当连杆的接合面宽度K相同时，斜切口式连杆大端可以按排较大的连杆轴颈，而仍能保持由气缸中抽出活塞连杆组的优点。通常斜切口连杆大端许可安排下的连杆轴颈为dp≤0.85D. 5．连杆大端盖： 1.)梳齿形断面：结构轻，刚度较均匀，但加工困难、成本高，只能用于轻型高速柴 油机； 2.)双筋式：刚度亦较均匀，由于大端盖筋的方向与杆身上工字形断面肋片方向垂直 而不便与连杆体用同一幅锻模制造； 3.)T型断面：结构简单，易于锻造和机械加工，在中、高速柴油机中应有较多； 4.)工字形断面：结构合理，适合于铸钢毛坯，多用于中低速柴油机 6．连杆小端结构的优缺点： 1.)锻造毛坯的连杆，表面有7-10度的拔模角，通常在模锻之后外表不再机械加工， 广泛用于强载度不高，大批量生产的，尺寸不大的产品中； 2.)自由锻毛坯经车削加工而成，小端呈球形，杆身多呈圆柱形，工艺简单，结构笨 重，适用于小批量生产的中低速柴油机； 3.)在于增加小端顶部中央截面的抗弯能力； 4.)可以分别增加连杆小端及活塞销座的主要承压面，许多强载度较高的柴油机连杆 采用； 5.)二冲程高速柴油机的连杆小端，其特点在于衬套内表面有螺旋形布油槽，能向连 杆小端轴承内表面供应较充分的润滑油。 7．连杆杆身设计时为什么选用工字梁：
一基金项目: 国家自然科学基金(５１５０１１０８);国家电网科技项目(SGRI-WD-７１-１５-０１０)一段一锋:男,１９９４年生,硕士研究生,主要从事材料疲劳与断裂的研究一E-mail :１０７５７２３７＠qq .com一马行驰:通信作者,男,１９８０ 年生,博士,副教授,主要从事金属材料失效机理和防护技术研究一E-mail :maxin g chi＠shie p https://www.doczj.com/doc/661866230.html, 钢芯铝绞线微动损伤机理及防护措施的研究进展 段一锋１,马行驰１,高一磊１,朱全军２ (１一上海电力学院能源与机械工程学院,上海２０００９０;２一全球能源互联网研究院, 北京１０２２００)摘要一一微动损伤普遍存在于钢芯铝绞线输电线路中,钢芯铝绞线在长期的使用过程中,微动磨损及腐蚀加速了其失效过程, 给输电线路造成巨大的隐患.本文综述了国内外钢芯铝绞线微动损伤的研究现状,论述了其损伤机理,探讨了导线微动损伤的合理防护方法,并提出了一些尚待研究与探索的问题. 关键词一一钢芯铝绞线一微动损伤一防护方法中图分类号:TB３４一一文献标识码:A Research on Frettin g Dama g e Mechanism and Protective Measures of Aluminum Cable Steel Reinforced DUAN Yifen g １,MA Xin g chi １,GAO Lei １,ZHU Quan j un ２ (１一School of Ener gy and Mechanical En g ineerin g ,Shan g hai Universit y of Electric Power ,Shan g hai ２０００９０; ２一Global Ener gy Interconnection Research Institute ,Bei j in g １０２２００) Abstract 一一Frettin g -dama g e is a main failure from in the aluminum cable steel reinforced (ACSR )transmission line.In the lon g -term use of the p rocess ,frettin g wear and corrosion accelerate the failure of the ACSR ,which caused a hu g e securit y risk.In this p a p er ,the research status of frettin g dama g e of ACSR at home and abroad is reviewed ,the dama g e mechanism is discussed ,the reasonable p rotection method of frettin g -dama g e is discussed ,and some p roblems to be studied and ex p lored are p ut forward. Ke y words 一一aluminum cable steel reinforced ,frettin g dama g e ,p rotection method ０一引言 如今,高压输电导线主要为钢芯铝绞线(ACSR ) ,它将人们所需求的电能送往各地,被称为国家电力的 血管 .钢芯铝绞线长期处于野外运行状态,受到风吹日晒及雨水腐蚀等一系列恶劣环境的影响,这将会导致输电线路及其主要金属构件受到损坏,给输电线路带来很大的安全隐患.在不考虑特殊自然灾害的情况下,导线在服役过程中,承受微动损伤二大气腐蚀二电场作用等复杂工况,将会导致输电线路出现不可挽回的安全问题[１].因此,钢芯铝绞线失效及防护问题极为重要,有待深入研究. 钢芯铝绞线的正常运行对于电力行业来说举足轻重,必须对其引起重视.如何解决在役钢芯铝绞线的损伤问题,并对其失效机制进行全面的研究,已成为全世界输电工程的一个研究重点. １一钢芯铝绞线的损伤形式及机理 １．１一损伤形式 钢芯铝绞线,如图１(a ) 所示,其损伤形式主要分为三种,即微动磨损二微动疲劳和微动腐蚀[２] .微动损伤的主要原因有以下两个方面[ ３] .(１) 风致振动产生的微动损伤在风吹动下,导线会发生微小或剧烈位移与运动,而导线与导线之间具有一定的摩擦力,铝绞线绞合的情况下,股线之间的导线与导线二导线与金属线夹之间会发生一定的微小位移与摩擦,因此会发生微动损伤.围绕这一问题,研究人员已展开了１?１的原型试验,在试验中采用伺服控制的疲 劳试验机(MTS ３７０.１０,MTS S y stems Cor p oration ,Henne-p in , MN ,USA ),如图１(c )二(d )所示.导线的微动磨损部位开始形成微动斑与裂纹,接着裂纹扩展,最终裂纹扩大,导线 发生断裂[４-５] .导线的微动斑按特征可以分为三个区域,分 别为:粘着区二滑移区和混合微动区[６].其中粘着区对应高的径向载荷,导线外层和线夹间的微动斑二线夹夹持区域内 的导线与导线的接触点均属于这一区域[ ７] .(２) 大气腐蚀环境对钢芯铝绞线的微动损伤钢芯铝绞线在大气腐蚀环境下,会出现微动和腐蚀叠加 的现象,称为微动腐蚀.微动腐蚀在磨损方面程度较低,其 磨损面上有铝的腐蚀产物颗粒,边缘则有腐蚀孔形成[ ８] .由于微动的缘故,腐蚀会缓慢进入导线内外层,腐蚀内外层铝 线[８-９] .导线裂纹表面部分会发生电化学腐蚀反应,腐蚀产 物在导线中产生隔离层,在发生微动过程时,导线隔离层外部与基体分离剥落,最终形成腐蚀坑[１０].导线产生裂纹的顶端部分,发生的是电化学腐蚀,使导线整体腐蚀速度加快,进而形成更加深的腐蚀洞[１１].钢芯铝绞线由于腐蚀坑与腐蚀 ? ７３?钢芯铝绞线微动损伤机理及防护措施的研究进展/段一锋等 万方数据
第33卷第1期电子与信息学报Vol.33No.1 2011年1月 Journal of Electronics & Information Technology Jan. 2011 OFD-LFM MIMO雷达中旋转目标微多普勒效应分析及三维微动特征提取罗迎*①张群①②封同安①李松③梁贤姣① ①(空军工程大学电讯工程学院西安 710077) ②(复旦大学波散射与遥感信息国家教育部重点实验室上海 200433) ③(空军工程大学导弹学院三原 713800) 摘要：该文将微多普勒效应引入到多输入多输出(MIMO)雷达技术研究，以旋转运动目标为例，分析了雷达辐射正交频分线性调频信号(OFD-LFM)时目标的微多普勒效应，给出了其参数化表达。在此基础上，进一步将微多普勒理论从目前的雷达视线方向上的微动分量提取扩展到微动部件3维运动和结构特征提取，利用MIMO雷达的多视角特性，提出了构建多元非线性方程组求解旋转部件的3维运动参数的算法，实现了目标3维微动特征的提取。 仿真实验验证了算法的有效性和鲁棒性。 关键词：多输入多输出雷达；微多普勒；旋转目标；目标识别 中图分类号：TN958 文献标识码： A 文章编号：1009-5896(2011)01-0008-06 DOI: 10.3724/SP.J.1146.2010.00234 Micro-Doppler Effect Analysis of Rotating Target and Three-dimensional Micro-motion Feature Extraction in OFD-LFM MIMO Radar Luo Ying①Zhang Qun①② Feng Tong-an① Li Song③ Liang Xian-jiao① ①(Telecommunication Engineering Institute, Air Force Engineering University, Xi’an 710077, China) ②(Key Laboratory of Wave Scattering and Remote Sensing Information (Ministry of Education), Fudan University, Shanghai 200433, China) ③(Missile Institute, Air Force Engineering University, Sanyuan 713800, China) Abstract: The micro-Doppler (m-D) effect is introduced for the Multi-Input Multi-Output (MIMO) radar techniques in the paper. Taking rotating target for an example, the m-D effect is analyzed and the parameterized expression is deduced in MIMO radar which transmits OFD-LFM (Orthogonal Frequency Division Linear Frequency Modulation) signals. An algorithm for three-dimensional micro-motion feature extraction is proposed, which extends the m-D signature extraction from the micro-motion projection in Line-Of-Sight (LOS) to the three-dimensional micro-motion feature. By taking advantage of the multi-view of MIMO radar, the three-dimensional micro-motion features are obtained by solving nonlinear multivariable equation systems. Simulation results validate the effectiveness and robustness of the algorithm. Key words:MIMO radar; micro-Doppler (m-D); Rotating target; Target recognition 1引言 自从2004年Fishler等人[1]提出“多输入多输出(MIMO)雷达”概念以来，MIMO雷达引起了相关研究人员的广泛关注[26]?。MIMO雷达在弱目标检测能力、目标运动参数估计精度和目标分辨率等方面较传统雷达有着明显优点[13]?，特别是MIMO雷达具有空间分集优势，可完成对目标散射分布信息的空域并行采样，从而减少时域的脉冲采样数量，实现目标的快速ISAR成像，因此MIMO雷达成像 2010-03-12收到，2010-06-15改回 国家自然科学基金(60971100)资助课题 *通信作者：罗迎 luoying2002521@https://www.doczj.com/doc/661866230.html, 技术近年来开始得到深入研究[46]?。 但由于受到现有技术的限制，目前直接利用ISAR像进行目标识别较为困难。近几年来，从激光雷达中引入的微多普勒概念为特殊目标的精确识别提供了新的技术途径[710] ?。微多普勒现象可被视为目标结构部件与主体之间相互作用的结果，它是该目标所具有的独特特征，可为完成对特殊目标的分类、识别、成像提供重要信息[11]。由于MIMO ISAR 具有空间分集优势，因而可以提取目标更多的空间特征以用于目标识别。特别是由于目标微动在不同视角上有着不同的投影分量，各个接收阵元上接收到的微多普勒信号将有着不同的相位变化，利用该变化可望提取目标微动部件的空间3维运动和结构特征，大大提高雷达的目标识别能力。基于这种考
某8V柴油机连杆小头衬套故障分析与改进设计 赵志强1王根全1王延荣1 张利敏1 许春光1 (1.中国北方发动机研究所（天津），天津300400) 摘要：针对某8V柴油机50h台架试验中出现的衬套磨损和松动的故障，在故障分析的基础上，从改善轴承润滑、提高衬套固持力和提高连杆小头刚度三方面入手，借助经验、理论计算及有限元仿真等手段开展结构改进分析进而提出改进方案，该方案经500h台架耐久性试验考核未重现上述故障，由此验证本文改进措施的有效性。 关键词：柴油机衬套改进设计试验验证 连杆是往复活塞式内燃机动力传递的重要组件，它承受周期性交变载荷，把活塞旋转往复直线运动转化为曲轴的旋转运动，并将作用在活塞上的力传递给曲轴对外输出功率[1,2]。连杆小头衬套作为连杆组件的关键零件，它与活塞销组成一对滑动轴承副，连杆小头衬套与连杆体采取过盈的方式紧固联接、小头衬套与活塞销为间隙配合，连杆衬套的磨损和松动是连杆的主要失效形式。 本研究对象为某8V柴油机连杆小头衬套，分析并确定其故障机理，基于经验、理论公式和有限元仿真软件技术确定出改进方案，最终经试验验证，找到衬套磨损和松动的解决措施。 1 某8V柴油机连杆小头衬套故障描述 某8V柴油机在初样机阶段多台样机在50h 台架试验中发生衬套磨损和松动的故障，连杆小头衬套磨损故障见图1、连杆小头衬套松动见图2。 图1连杆小头衬套磨损故障 图2连杆小头衬套松动故障 2 故障分析 依据经验分析，连杆衬套磨损、发黑一般应从润滑角度考虑；连杆小头衬套松动、脱出应该从衬套与连杆体固持力不足角度分析，但往往两者非独立故障导致衬套故障，存在一定关联关系影响。如连杆轴承润滑不良，衬套和活塞销摩擦表面的摩擦磨损状态会发生剧变，衬套安装固持力和摩擦力会此消彼长，过度的磨损使衬套的固持力持续下降，而摩擦力持续增加，当衬套安装固持力和工作摩擦力发生逆转时，故障现象随即出现；而衬套固持力不足，衬套会发生松动和旋转现象，使衬套进油孔和连杆体进油孔位置错位，导致轴承润滑不畅发生衬套磨损和烧蚀故障。鉴于上述分析，决定从提高固持力和加强润滑两条思路同时出发，以解决某8V柴油机的连杆衬套故障。 3 改进方案
第20卷 第4期摩擦学学报V o l20, No4 2000年8月T RIBO LOGY Aug,2000 数值方法在微动疲劳研究中的应用进展* 赵 华,周仲荣 (西南交通大学摩擦学研究所,四川成都 610031) 摘要:对近年来数值方法在微动疲劳机理研究中的应用和进展进行了评述,概述了微动疲劳裂纹萌生与扩展的机理,指出接触区域的应力分布对微动疲劳性能起决定作用;详细介绍了目前接触问题的各种数值计算方法;分析了当前微动疲劳区域应力场计算的问题和难点. 关键词:微动疲劳;接触应力;数值方法 中图分类号:T H113.22文章标识码:A文章编号:1004-0595(2000)04-0317-04 微动疲劳是一种重要的微动模式,在航空、铁道和机械等领域中可因微动疲劳失效而导致机件故障甚至事故.其表现为接触区首先出现局部磨损,继而引发疲劳裂纹萌生和扩展,从而显著降低各种紧配合零部件的使用寿命.从1927年Tom linson首次系统研究微动现象以来,人们对微动机理及大量微动疲劳实例进行了比较深入的研究,目前已就相对滑移振幅、接触压力、材料性能、摩擦系数及表面状况等因素对微动疲劳特性的影响有了较为深入的认识[1].但在理论方面对许多问题的认识仍有待深化.数值计算机的发展和广泛应用极大地促进了微动疲劳理论研究的深入和实际应用.本文介绍数值方法在微动疲劳研究中的应用,探讨数值方法在微动疲劳失效预测方面的应用以及采用数值仿真形式减少或取代模拟实验的可能性. 1 微动疲劳机理概述 微动疲劳的2种主要破坏方式为:①接触表面材料损失-在滑移区发生变形、粘着、冷作硬化等,在循环接触应力作用下,表面造成剥离磨损和颗粒氧化;②裂纹扩展-接触表面的局部应力集中区域[2～4]在循环接触应力作用下引发微裂纹成核、萌生和扩展.在微动过程中,裂纹的形成和表面的磨损密切相关,部分裂纹可能被磨损消除,成为第三体,同时另一些新的裂纹又可能逐渐发展,最后将有可能形成一条或多条宏观裂纹,导致零部件疲劳断裂. 微动疲劳裂纹萌生过程目前仍未被人们所充分理解和认识,由于裂纹萌生过程涉及到大量相互作用的机械和化学现象,因此难以建立综合的裂纹萌生模型.早期的微动疲劳研究是将应力场性质与裂纹形成特征相联系.实际观察到的微动疲劳裂纹首先在粘滑接触区交界附近与接触表面倾斜方向成核,从应力场分析,可归结于微动摩擦力,即表面的局部剪切力的作用.正是由于这种切向应力和往复的宏观轴向应力的合成剪应力,导致了倾斜裂纹的萌生.目前大多数的裂纹萌生模型也都是基于应力场和表面滑移幅分析而建立的经验或半经验模型,一些模型试图将总体接触性质和载荷引起的细观应力、应变和位移与微动裂纹的形成相联系,但通常都未致力于探讨这一过程的物理机理.H ills[3]的模型则是将预测裂纹成核的持久滑移带概念与局部微突体水平相关联,在晶相量级上对成核过程作了一些物理假设.Da ng等[5]提出了广义的疲劳极限准则,但未涉及微动接触问题. Ruiz等[6]根据实验观测和应力位移场的有限元分析,提出了容纳局部拉伸和剪切应力以及微动振幅的参数模型,以解释微动裂纹的成核过程,后来经由Kuno等而得到进一步完善.Szolw inski等[4]提出了定量分析微动疲劳裂纹的成核位置和成核寿命的模型,指出微动疲劳裂纹的形成将消耗掉总体寿命的大部分,故应作为微动疲劳研究的重点. 裂纹的早期扩展主要由接触表面的局部疲劳应力控制.如图1所示,在无外加疲劳应力时,接触区域两端的裂纹同样可以萌生和扩展,这是微动磨损测试时获得的结果[7].图2示出了在局部接触疲劳和外加 *国家杰出青年基金资助项目(59725513). 1999-10-15收到初稿,2000-01-26收到修改稿/本文通讯联系人赵华.赵 华 男,43岁,教授,目前主要从事接触疲劳的数值方法研究. DOI:10.16078/j.t ri b ology.2000.04.021
材料工程 Materials Engineering 航空铝合金材料低温疲劳 研究进展 刘牧东 （中国直升机设计研究所，景德镇 333001） [摘要]铝合金材料由于具有强度高和易加工等优势，被广泛应用于航空工程领域。低温是航空铝合金材料使用中不可避免的环境因素，低温下航空铝合金材料的疲劳行为也受到国内外学者和工程界的高度关注。综述了近年来航空铝合金材料的低温疲劳试验研究，分析了低温疲劳失效机理，归纳了航空铝合金材料的低温疲劳模型表征和寿命评估方法，并展望了需要在试验、失效机理、模型表征和寿命预测方面进一步研究的问题，为航空铝合金材料的工程设计和应用提供帮助。 关键词：铝合金；低温；疲劳；失效机理；模型表征；寿命预测 DOI:10.16080/j.issn1671–833x.2019.15.093 刘牧东 博士，工程师，研究方向为直升机结构疲劳和损伤容限设计。刚度；20世纪六七十年代提高了铝合金材料的耐久性和损伤容限性能，开发出针对7×××系铝合金材料T73和T76热处理技术，研制出7050铝合金材料和高纯铝合金材料；此后，铝合金材料的发展趋势是逐步减重，并提高其耐久性和损伤容限性能，开发出高强、高韧和高抗腐蚀的新型铝合金材料，大量采用整体加工成形技术，保证航空器结构的安全性[6–7]。 受加载状态、外部环境和内在缺陷等诸多因素影响，航空铝合金材料的疲劳行为常发生改变，作用机理也比较复杂，由于疲劳失效而引发的事故给人们的财产和生命安全造成了危害[8–10]，如图2所示。为此，航空部门一直关注着航空器结构的抵抗疲劳设计，以防止疲劳失效事故的发生。其中，对航空铝合金材料疲劳行为的分析在结构可靠性设计中占有重要地位，是确保航空器结构安全性 铝合金材料由于具有优良的强度、刚度和断裂韧性，被广泛应用于航空工程领域。在工程实际中，铝合金材料常会受到交变载荷的作用而产生损伤，出现疲劳裂纹，当损伤累积超过材料的容许限度时发生断裂失效，从而对结构的安全性造成威胁[1–3]。低温是航空铝合金材料服役中不可避免的环境因素，数年来，国内外学者和工程界致力于研究航空铝合金材料的低温疲劳行为，为该类材料的低温疲劳试验开展、机理分析、模型表征和寿命预测奠定了基础。 航空铝合金材料的发展及其 低温疲劳研究意义 铝合金材料已被广泛应用于航空飞行器结构的制造，如机身的蒙皮、框架、壁板、油箱、发动机和起落架等部件，如图1所示[4–5]。表1[5]给出了铝合金材料在大型客机上的应用比例，从20世纪30年代起，人们就尝试用铝合金材料制造飞机，20世纪50 年代提高了铝合金材料的比强度和比 93 2019年第62卷第15期·航空制造技术
摘要 微动平台的机构优化及其超精运动控制技术，是目前微/纳制造领域中的研究热点之一，具有广阔的应用前景。为此，本文在优化设计基于柔性铰链的二维微动平台本体结构，并分析其静/动力学性能的基础上，以高性能ATmega128微控制器为中心测控单元，PA85为功率放大模块，结合传统的PID控制技术，研发了一套数字式的二维微动平台驱动控制系统，并实现了系统的集成。研究的主要工作如下： 首先，提出了一个由压电陶瓷驱动器、柔性铰链平台机构、衍射光栅位移传感器和微控制器构成的二维微动平台的总体设计方案；并在此基础上设计了一个综合杠杆放大和柔性铰链机构的二维低耦合微动平台结构，其运动放大比为5，工作行程为100μm×100μm。然后，采用通用有限元软件ANSYS对优化后的平台进行了静力、动态特性和瞬态响应分析，验证了所设计二维平台的运动传递、静态和动态力学特性。 其次，针对二维微动平台的超精密控制要求，研制了由ATmega128微控制器、ADS8325模数转换模块、DAC8564数模转换模块组成的控制系统的硬件部分；并编制了微控制器与AD、DA模块进行SPI通讯以及与上位机串行通讯的接口程序，实现了PID控制运算模型；采用负反馈线性电压放大电路，将控制信号进行电压与功率放大后驱动压电陶瓷，进而控制微动平台运动。 最后，组装了二维微动实验平台，并进行了0.625Hz、5Hz、10Hz和20Hz的谐波轨迹的跟随实验，验证了论文所设计的二维低耦合微动平台及其控制系统的有效性和运动跟随性能。 关键词：微动平台；柔性铰链；ATmega128微控制器；控制
ABSTRACT Micro motion stage is one of the most hot research fields with broad prospect, of which the key technology is its mechanism and precision positioning control. The mechanism of a two-dimensional nano-manipulator is optimized and its static and dynamic performances are analyzed with FEM in ANSYS. Hence, the driving control system for this nano-positioning stage is developed and the integrated experimental platform is realized, applying ATmega128 as its central control unit and PA85 as power amplify unit and combining with the traditional PID control technology. The contents of this dissertation as below: First of all, the thesis proposes the overall scheme of the nano-positioning stage and designs a low coupling two-dimensional nano-manipulator having flexure hinges and lever mechanisms with magnifying ratio 5, of which the working stroke is 100μm×100μm. Besides, FEM analysis of the optimized nano-manipulator in ANSYS were performed to verify the parasitic motion suppressing effects and guarantee the work stoke in limited workspace, as while as its statistic and dynamic response characteristics. Moreover, for the precision positioning control of the nano-positioning stage, the thesis develops its hardware of this control system, consisting of ATmega128 MCU, ADS8325 A/D module, DAC8564 D/A module. Furthermore, the compiling of the SPI communication between the MCU and A/D, D/A module is realized, as while as the calculate model of PID control. The design adopts negative feedback high-voltage amplifier circuit to amplify control signal to drive the piezo actuator, so that the nano-manipulator can be positioned. Finally, based on the assembly experimental platform, the effectiveness and performance of the low coupling nano-positioning stage and its driving control system is verified through the experiment of tracking 0.625Hz, 5Hz, 10Hz and 20Hz harmonic signal. Key words: nano-positioning stage; flexure hinge; ATmega128 micro controller; control
第４０卷第１１期机械工程学报ｖ０１４０Ｎｏ．１１２００４年１１月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬ０ＦＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＮｏｖ２０Ｏ４ 我国摩擦学研究的现状与发展＋ 温诗铸 （清华大学摩擦学国家重点实验室北京１０００８４） 摘要：总结了自中国机械工程学会摩擦学分会成立２５年来我国摩擦学研究的发展，论述了在流体润滑理论与设计、微观摩擦学、材料磨损机理与控制、表面工程与耐磨材料、润滑材料以及磨损状态监测等方面的主要成就。 在此基础上提出了今后值得关注的研究方向，如减摩抗磨技术、制造过程摩擦学、生态摩擦学、仿生技术与生物摩擦学等。 关键词：摩擦学研究进展展望 中图分类号：ＴＨｌｌ７１ ０前言 ２０世纪６０年代中期，英国教育科学研究部在对工业部门广泛调查的基础上，发表了《关于摩擦学（Ｔ曲０１０９ｙ）教育和研究报告》，首次提出将摩擦学作为一门独立的边缘学科加强研究和教育工作。这对于促进国民经济持续发展具有战略意义，随即得到世界各国的认同和重视。此后，摩擦学得到迅速的发展，并成为机械、材料等学科中活跃的研究领域之一噱 由于多方面的原因，我国摩擦学的发展起步较晚。虽然在２０世纪５０年代，为数不多的学者进行过磨损和润滑研究，但是作为一门独立的学科从事摩擦学研究和教育工作是在２０世纪８０年代以后才逐步开展起来。 １９７９年中国机械工程学会摩擦学分会成立。经过过去２５年来各方面的共同努力，我国摩擦学学科取得了突飞猛进的发展。摩擦学知识得到了广泛的普及；形成了一支从事摩擦学研究的专门队伍，包括长江学者、杰出青年基金获得者等中青年学术骨干；建立了国家级或者省部级的研究基地；创办了专业学术刊物，出版了１０余部学术专著和科技图书；在相关的学会组织推动下，召开了各种全国或地区性学术会议，讨论和交流研究成果；国际学术活动频繁，在我国召开多次国际学术会议，并成功举办了第一届亚洲摩擦学国际会议。同时，我国学者也活跃在国际摩擦学学术舞台。应当强调指出，我国摩擦学研究的发展历程与国民经济建设密切结合，因此，有力地推动了现代化建设，促使我国机 ?为纪念中国机械工程学会摩擦学分会成立２５周年而作。２００４０９０９收到初稿，２∞４０９２２收到修改稿 电产品的摩擦学性能得到普遍和迅速的提高。 通过长期的实践，我国摩擦学工作者在解决工程实际问题中，还注意提高研究工作的深度和拓宽研究领域。我国摩擦学研究发展的总趋势可归纳为：从面向机械产品的维修过渡到新产品的摩擦学设计：从单纯跟踪研究过渡到加强创新研究；从局部目标的单一学科研究向着针对摩擦学系统的多学科综合研究；从宏观特性考察深入到揭示微观机理，建立摩擦学现象的构性关系；推动摩擦学与相关学科交叉，努力开辟新的研究领域，如微观摩擦学、生物摩擦学和生态摩擦学等。 １进展 １．１流体润滑与滑动轴承研究 基于流体润滑理论的低副机构（面接触）摩擦副如滑动轴承、密封装置等的润滑设计是现代机械设计的重要问题。对于汽轮机组、涡轮压缩机等叶片机械的高速径向滑动轴承的润滑设计进行了系统研究，包括椭圆轴承、多油楔轴承和可倾瓦轴承等。主要研究内容有：在计及热效应和冷热变形影响的静态（承载量、流量、摩擦功耗）、动态（动力学参数：刚度系数、阻尼系数１性能计算：分析静、动态性能与结构参数、工况参数的相关性；以汽轮发电机组为背景，进行轴承一转子系统动力学分析，提出转子失稳条件和判断准则，并对汽轮发电机组发生动力学失稳导致的原因进行分析论证口Ｊ。在此基础上，提出针对汽轮发电机组多跨转子系统的设计专家系统。 以精密机床主轴为应用背景的静压轴承研究取得进展。提出了浅腔静动压复合轴承的设计，获得比常规结构优越的润滑性能ｉｊＪ：将静压轴承用于改造磨床主轴支撑以提高回转精度得到较大规模推
第三章 连杆的基本设计 3.1 连杆结构及长度的确定 单列式汽油机的连杆，根据大头的结构一般可分为平切口、斜切口连杆及分体式连杆。多列式柴油机的连杆有并列连杆、叉形连杆、主副连杆等类型。 连杆的长短直接影响到柴油机的高度及侧压力的大小,较长的连杆能使惯性力增加,而同时在侧压力方面的改善却不明显。因此在柴油机设计时,当运动件不与有关零部件相碰时,都力求缩短连杆的长度。 连杆长度L （即连杆大小头孔中心距）与结构参数l R =λ（R 为曲柄半径）有关。连杆 长度越短，即λ越大，则可降低发动机高度，减轻运动件重量和整机重量，对高速化有利，但λ大，使二级往复惯性力及气缸侧压力增大，并增加曲轴平衡块与活塞、气缸相碰的可能性。 在现代高速内燃机中，连杆长度的下限大约是l=3.2，即λ=1/3.2，上限大约是l=4R 。连杆长度的确定必须与所设计的内燃机整体相适应，连杆设计完成后应进行零件之间的防碰撞校核，应校核当连杆在最大摆角位置上时是否与气缸套的下缘相碰，以及当活塞在下止点附近位置上时活塞下缘是否与平衡重相碰，它们之间的最小距离都不应小于2～5毫米[]4。 在机体的设计中，已经根据要求设计出连杆长度为 168mm 。 3.2连杆小头的设计 3.2.1 小头结构型式 现代内燃机绝大多数采用浮式活塞销，也就是说， 在运转过程中活塞的销座中和在连杆的小头中都 是能够自由转动的。 本连杆的小头的设计采用薄壁圆环形结构，优点是构形简 单、制造方便，材料能充分应用，受力时应力分布较均匀[]4 。 连杆小头的构造如图3-1所示： 图 3-1 连杆小头结构型式
3.2.2 小头结构尺寸 小头主要尺寸为连杆衬套内径d 和小头宽度b 1（通常小头和衬套制成同样的宽度）。b 1取决于活塞销座间隔b 。 连杆小头主要尺寸比例范围大致如下： D=(0.28～0.42)D δ=(04～0.08)d d 1=(0.9～1.2)d d 2=(1.2～1.4)d 1 根据《内燃机设计》要求[]1，初步设计连杆小头的主要尺寸为： 连杆小头衬套内径 d=25mm, 小头衬套厚度 δ=3mm 宽度同小头同宽 小头孔径 d 1=28mm 小头外径 d 2=34mm 小头宽度 b 1=30mm 小头油孔直径 d 0=3mm 3.2.3 连杆衬套 衬套与连杆小头孔为过盈配合，青铜衬套与活塞销的配合间隙?大致在（0.0004～0.0015）d 的范围内，在采用粉末冶金衬套时，由于衬套压入后，内径会缩小，因此配合间隙应适当放大，一般?大致在（0.0015～0.0020）d 。在四冲程柴油机中，为减少小头轴承的冲击负荷，间隙应尽量取小些，以不发生咬合为原则[]4 。 在小头上方开有集油孔或集油槽，靠曲轴箱中飞溅的油雾进行润滑。润滑油的均匀分布可通过衬套上开布油槽来达到。 设计衬套宽度与连杆小头等宽，厚度为3mm ，选用铅青铜材料。 3.3 连杆杆身 连杆杆身的截形十分重要,它应能在保证强度的前提下有尽量较轻的重量,此外,还要有利于该截面形状向大端、小端的过渡,因此柴油机连杆杆身常采用工字形截面。连杆杆身采用工字形截面，其长轴位于连杆摆动平面，这种截面对材料利用得最为合理。 连杆杆身截面的高H 一般大约是截面宽度的1.5～1.8倍，而B 大约等于（0.26～0.3）D(D 为气缸直径)。为了使杆身能与小头和大头圆滑过渡，杆身截面是由上向下逐渐增大的。杆身的最小截面积与活塞面积之比，对于钢制连杆来说大约是在1 1 2530 的范围内[]4。 根据《柴油机设计手册》要求，本连杆设计的杆身尺寸为： 杆身高度H=25mm