摘要：玻璃微棱镜具有耐腐蚀、耐高温、寿命长等优点,但在玻璃上加工微棱镜阵列目前仍是一个难题。因此,提出了界面钻蚀主导的玻璃准各向异性湿法刻蚀方法,制备了高质量的微棱镜阵列器件。在元胞自动机中引入界面性质调控,模拟了界面钻蚀与各向同性侧蚀的竞争行为,探究了刻蚀横截面形貌的变化规律,构建了准各向异性湿法刻蚀模型。在此指导下,加工了横截面为梯形的微结构,设计并制备了间距、形状、尺寸均可调控的微棱镜阵列,重复性达到98%。验证了微棱镜阵列对LED灯扩散效果,光亮度提升了4.6倍。本文改变了传统玻璃湿法刻蚀各向同性的固有认识,创新性地开发了准各向异性刻蚀工艺,为玻璃微棱镜阵列等相关器件提供了高效低成本的制备方法。

摘要：为解决微流控系统中流体介质贮存装置输出压力不稳定等问题,设计了一种柔顺机构作为装置的力源机构。该柔顺机构基于正负刚度叠加理论设计,由四根固定导向梁和两根平面弹簧组成。首先,利用链式梁约束模型和广义打靶法分别求解出固定导向梁和平面弹簧的位移-载荷特性,建立优化模型,得到了满足设计要求的最优解。然后,为验证计算模型的准确性,使用ANSYS对柔顺梁进行大变形分析,结果显示该计算模型和有限元分析相比,误差小于1%。最后,通过实验发现该柔顺机构输出力的实验值和理论设计值存在误差,经过分析发现是加工精度、材料弹性模量误差以及只考虑了中性轴的变形等原因所导致的。

摘要：淋巴系统中的瓣膜结构是控制淋巴液单向流动的关键结构,进而影响肿瘤细胞的淋巴转移过程。基于薄膜壳体理论设计了仿淋巴瓣膜结构,通过COMSOL有限元仿真分析了瓣膜厚度、弹性对其变形的影响。配制了聚二甲基硅氧烷(PDMS)与Ecoflex00—30的混合材料,通过调整二者的体积比,使其杨氏模量与生物组织实际值更接近。采用软刻蚀技术制作了仿淋巴管微通道,测试了其单向截流性能。结果表明:在80 Pa压力下,仿淋巴瓣膜结构无明显漏液现象,单向截流性能良好。

摘要：针对尿失禁患者无法在生活中感知膀胱状态的问题,设计了基于A型超声的膀胱尿量监测预警系统。该系统使用二维超声矩阵,采用最小二乘法拟合椭球方程进行尿量估计。终端设备基于STM32采集超声回波数据,通过WIFI模块将数据传输到服务器。服务器处理回波数据来估计和保存尿量信息,并将尿量信息发送到用户APP和终端设备进行显示和报警,降低了终端设备的复杂性。通过实验证明了系统的有效性,满足便携式设计需求。

摘要：针对某种微流控芯片在使用过程中需要保证微腔室全部充满样品液的要求,设计了基于STM32单片机的离心进样机。硬件方面,选用STM32F103ZET6型单片机作为控制器,选用ECMAC20602RS型伺服电机作为驱动电机,选用TK6051iP型触摸屏作为人机交互界面,设计了设备的整体硬件结构。软件方面,编写了基于Modbus协议的串口通信程序,设计了触摸屏人机交互界面,设计了设备的控制程序流程。通过实验对设备的功能进行了测试,实验结果表明,当转速和时间分别设置为1500 r/min和120 s时,微腔室全部充满样品,并且没有出现液体渗漏,满足了微流控芯片的进样要求。

摘要：齿距样板是用于校准齿轮测量仪器齿距累积总偏差测量示值误差、单个齿距偏差测量重复性和回转台角定位误差的标准计量器具。为研制高精度齿距样板,本文首先基于误差均化原理设计了一种多齿定位爪用于磨齿机定位分度机构,然后对多齿定位分度机构的误差均化效应和分度精度保持性进行了数据仿真,最后分别采用单齿和多齿定位分度机构进行了对比加工实验。实验结果表明:相较于单齿定位分度机构,采用多齿定位分度机构时被加工齿距样板的单个齿距偏差降低了30.0%~36.4%;齿距累积总偏差降低了30.4%~48%,最终实现了法向模数mn=4 mm、齿数z=30、单个齿距偏差fp=0.6μm、齿距累积总偏差Fp=1.4μm的齿距样板的超精密加工,其齿距精度优于圆柱齿轮国家标准GB/T 10095.1-2022对该规格1级精度齿距公差的要求(fpT=1.7μm,FpT=5.0μm),本研究为高精度齿距样板的制造提供了支撑。

摘要：齿轮螺旋线偏差是评定齿轮精度等级及承载均匀性的重要指标,也是齿轮国家标准GB/T 10095.1-2008中规定的四项必检项目之一,其溯源与量值传递基准是齿轮螺旋线样板。高精度螺旋线偏差测量,目前从高精度螺旋线样板结构及制造、研制高精度专用测量仪两个维度开展研究,测量精度得到一定提升,但现有齿轮螺旋线样板结构参数不符合我国1级精度齿轮螺旋线样板的规格要求,已有专用测量仪的测量不确定度也不能满足我国1级齿轮螺旋线样板的测量需求。本文综述了螺旋线偏差的两类常规测量方法与仪器,归纳了齿轮螺旋线样板的设计与结构特性以及国内外高精度齿轮螺旋线偏差测量专用量仪的研究成果,在总结现有典型螺旋线测量仪及专用测量仪不足之处的基础上,提出了一种符合国家标准的等公法线齿轮螺旋线样板及其纯滚动测量方法与仪器,并对其发展前景做出了展望。

摘要：在装配式惯性开关的电铸过程中,电场的边缘效应干扰了电力线在阴阳极间的均匀分布,导致铸层厚度均匀性问题突显,使得制作周期延长。为了缩短装配式惯性开关的制作周期,将兆声波引入到微电铸过程,以装配式惯性开关中电铸均匀性最差的滑块结构为例,开展改善微电铸层均匀性的研究工作。首先,利用COMSOL仿真分析软件对滑块结构有、无兆声波辅助条件下的微电铸加工过程中的电流密度分布和铸层厚度分布进行仿真。仿真结果表明,相对于无兆声波辅助微电铸加工,兆声波辅助微电铸加工可以有效改善铸层厚度均匀性。兆声波功率密度越大,铸层厚度均匀性越好。在数值模拟的基础上,对兆声波辅助电铸过程展开试验研究。试验结果表明,相对于无兆声波辅助微电铸加工,双向加载2.4 W/cm^(2)的兆声波辅助微电铸加工的铸层厚度均匀性提高了51.78%,试验与仿真结果趋势一致。基于仿真和试验结果,将双向加载2.4 W/cm^(2)的兆声波引入微电铸工艺,制作了总体尺寸20 mm×20 mm、总高度900μm,符合设计要求的装配式惯性开关。与无兆声波辅助微电铸制作完成的装配式惯性开关相比,制作时间缩短了25%。

摘要：为了实现铝型材的轻量化,通过分析铝型材的抗弯及抗扭性能,得到其性能评价指标,采用有限元软件对铝型材截面结构进行分析,实现了截面结构改进及设计参数选取;建立了铝型材截面面积及惯性矩的参数化模型,并结合AUTOCAD面域指令进行辅助验证;采用序列二次规划算法求解参数化模型中设计变量的最优解,实现了铝型材截面的优化设计;在保证铝型材截面惯性矩不减的情况下,优化后的截面面积相比优化前的面积减少了10%。

摘要：为了实现不同规格电主轴在模拟实际加工工况下的动静态性能测试功能,通过分析电主轴的静力及动力学模型,得到性能评价指标,设计了类V型块装夹机构,实现了不同规格电主轴的装夹;设计出非接触式气浮加载装置实现静力加载,相比于常用的对拖式加载、电磁加载具有结构简单、发热量小、承载力稳定等突出优点;以铣削加工的方式实现动态加载,更加接近实际工况;选择合适的传感器及动态测试分析仪实现电主轴前端径向位移、动静载荷和转速数据的采集、存储与及时分析。对实验装置的关键部件进行分析及校核,得到最大线性位移为0.015 mm,对测试系统带来的误差可忽略不计。所得结论验证了实验装置运行的可靠性,满足了机床电主轴动静态性能测试的需求。