教育在線
從陀螺獲取靈感解決軸承摩擦特性評估難題，為航天國之重器打造高可靠“神經(jīng)元”，一起來看天津大學、哈爾濱工業(yè)大學的科技創(chuàng)新成果——
天津大學科研團隊
解決軸承摩擦特性評估難題
助力我國實現(xiàn)關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件
自主可控
兩個陀螺同時轉(zhuǎn)動，哪個先停下來？很多孩子都玩過的陀螺游戲，竟意外成了天津大學機械工程學院任成祖教授課題組跨界解決軸承摩擦特性評估難題的靈感。近日，相關(guān)研究成果以“基于動能變化測量滾動軸承的當量摩擦系數(shù)”為題發(fā)表在國際著名期刊《摩擦》上。
深耕高精度滾動軸承超精密加工技術(shù)與裝備研究的任成祖在科研中遇到一個難題：在太空等極端環(huán)境，高精密軸承的摩擦越少、能量的損耗越小越好。但同一條生產(chǎn)線上產(chǎn)出的幾乎一模一樣的超高精密軸承，哪個的摩擦性能更好一些？他發(fā)現(xiàn)，使用傳統(tǒng)的摩擦力矩傳感器評測滾動軸承的摩擦性能存在工況依賴性強、離散性大、穩(wěn)定性差等問題，無法區(qū)分出高精密軸承摩擦性能極為微小的差異。
當量摩擦系數(shù)測量原理及測量裝置示意圖。新華社發(fā)
受陀螺旋轉(zhuǎn)游戲的啟發(fā)，團隊提出了一種基于動能定理的滾動軸承當量摩擦系數(shù)的測量方法?！熬拖癫煌O(shè)計品質(zhì)的陀螺停止總有先后，能量的耗散也就是摩擦做功可以隨時間反映出來?！比纬勺娼忉屨f。
團隊成員從使用評估的角度出發(fā)，思考如何設(shè)計出在空天、新能源汽車等領(lǐng)域具有更高服役可靠性和極端工況適用性的高精度軸承。他們通過精巧的裝置設(shè)計，使軸承像陀螺一樣高速旋轉(zhuǎn)直至停下，整個過程以時間為中介，巧妙地搭建起動能損耗和摩擦力矩的測算關(guān)系，最終實現(xiàn)摩擦特性的評估。
新方法大幅提升了軸承摩擦性能的測量精度，為推動產(chǎn)業(yè)進一步升級、助力我國實現(xiàn)關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件自主可控奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
哈爾濱工業(yè)大學科研團隊
為航天國之重器
打造高可靠“神經(jīng)元”
近日，中國航天科技集團在京組織哈爾濱工業(yè)大學科技成果鑒定會，由多位院士組成的鑒定委員會一致認為，哈工大牽頭的高可靠長壽命航天電器研究成果擁有多項自主知識產(chǎn)權(quán)，關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，總體技術(shù)水平國際先進，關(guān)鍵指標達到國際領(lǐng)先水平。該成果將典型航天電器產(chǎn)品壽命從2萬次提升至20萬次，關(guān)鍵性能參數(shù)和壽命一致性提升36%，成為掌握航天電器創(chuàng)新主動權(quán)的典型案例。
哈工大教授翟國富（中）指導團隊成員進行科研攻關(guān)。新華社發(fā)（尹霖 攝）
哈工大電氣工程及自動化學院院長、成果主要完成人葉雪榮介紹，如果把航天裝備控制系統(tǒng)比作一個復雜的“神經(jīng)網(wǎng)絡”，那么航天電器就是整個神經(jīng)網(wǎng)絡中無處不在、不可或缺的“神經(jīng)元”。而航天電器機電一體化結(jié)構(gòu)復雜、服役環(huán)境極端苛刻，以往航天電器失效約占電子元器件失效總量的50%，成為制約電子元器件高質(zhì)量發(fā)展的難題。
哈工大教授葉雪榮（左一）指導團隊成員進行科研攻關(guān)。新華社發(fā)（尹霖 攝）
哈工大電氣工程及自動化學院教授、成果第一完成人翟國富帶領(lǐng)團隊，首創(chuàng)質(zhì)量一致性理論，突破了航天電器極端環(huán)境高可靠長壽命設(shè)計、全壽命周期質(zhì)量一致性正向設(shè)計等關(guān)鍵核心技術(shù)，制定了我國首個質(zhì)量一致性設(shè)計航天標準，研制了國際首套全壽命周期質(zhì)量一致性設(shè)計軟件，大幅提升了航天電器可靠性和質(zhì)量一致性。
該成果獲授權(quán)國家發(fā)明專利116項，在國際頂級期刊等發(fā)表SCI論文117篇，自主研制142個系列高可靠性、高質(zhì)量一致性航天電器，已在航天、航空、電子、船舶等領(lǐng)域國家重大工程中系列化應用，為天宮空間站、長征系列運載火箭、國產(chǎn)大型客機C919、新一代高速列車“復興號”等國之重器提供了重要支撐。
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