为了获得可靠的金属纳米尖的制作方法, 设计了基于模板微电铸工艺制备金字塔型纳米Ni尖的工艺流程并进行了实验验证。利用(100)型单晶硅的各向异性腐蚀特性在40%的KOH溶液中腐蚀以制备倒金字塔型的硅模具, 采用磁控溅射与正胶剥离工艺获得了厚度为200 nm的Ni种子层薄膜并进行金属图形化, 之后进行微电铸实验, 最后, 利用KOH腐蚀硅模具以释放金字塔型实体Ni纳米尖。实验结果表明: 利用ICP干法刻蚀代替HF酸腐蚀SiO2掩蔽窗口, 可将模具制作的相对误差降低约9%; 金字塔型Ni纳米尖的底部边长尺寸约为140 μm, 纳米尖最小曲率半径为54 nm; 微电铸工艺复制精度约为99%。采用微电铸工艺并结合硅片自停止刻蚀技术, 能够稳定可靠地制备出金字塔型Ni纳米尖, 实现了金属纳米尖的批量化制备, 从而降低了制造成本, 为纳米尖的广泛应用奠定了基础。

在齿轮螺旋线的实际测量过程中, 不同轮齿的螺旋线倾斜偏差经常会出现较大差异。为提高齿轮螺旋线偏差的测量精度, 分别研究了芯轴和齿轮安装误差对齿轮螺旋线偏差的影响规律。首先分别建立了芯轴安装偏心和倾斜误差及齿轮安装偏心和偏摆误差对齿轮螺旋线形状偏差和倾斜偏差影响的数学模型, 然后制作了平垫圈(1#、4#)和楔角误差分别5.5 μm/45 mm(2#)和11.9 μm/45 mm (3#)的楔形垫圈, 用于进行齿轮螺旋线偏差的精密测试实验。得到如下结果: 采用2#楔形垫圈时, 螺旋线倾斜偏差fHβ的最大值与理论模型相差0.17 μm, 相对误差为7%; 采用3#楔形垫圈时, 螺旋线倾斜偏差fHβ的最大值与理论模型相差0.06 μm, 相对误差为1%; 而两次试验中齿轮螺旋线的形状偏差ffβ基本不变。实验结果表明: 齿轮安装偏摆误差对螺旋线偏差的实测结果与理论值基本吻合, 从而验证了所建数学模型的准确性。依据本文所建螺旋线的数学模型, 得到通过调整齿轮安装偏摆误差补偿各齿轮螺旋线倾斜偏差差异的误差补偿方法。本文研究对于研制高精度标准齿轮具有重要研究意义。

为预测被加工齿轮的齿距加工精度, 研究了Y7125型大平面砂轮磨齿机系统分度误差的传递规律。采用全闭环测量法对用作角度测量基准的正36面棱体进行了高精度标定; 基于该正36面棱体和相对测量法在机提取机床36个等分点系统分度误差曲线; 最后在磨齿机上进行精密磨齿实验, 通过比较齿轮试件的齿距累积偏差与机床原始系统分度误差的差异, 研究机床分度误差的传递规律, 并通过实验得到磨齿机分度误差传递过程中的不确定度。实验结果表明: 采用全闭环测量法标定正36面棱体的测量不确定度达到±0.05; 磨齿机系统分度误差传递到被加工齿轮后, 齿距累积总偏差由2.1 m增大到2.6 m, 相对误差增加了24%; 通过磨齿实验得到磨齿机分度误差传递过程中的不确定度为±0.6 m。得到的机床分度误差传递规律可用于预测齿轮的齿距累积加工精度, 为制定科学的磨齿工艺提供技术支持。

分析了聚合物超声压印工艺中基片非成形面产生熔融的原因, 并提出了相应的抑制方法。基于超声波产热机理指出非成形面熔融现象是由超声工具头-基片界面摩擦引起的, 据此提出"摩擦系数差法"来抑制非成形面的熔融现象并通过在聚合物基片非成形面增加表面保护膜(背膜)的手段实现了"摩擦系数差法"。为了对背膜进行优化选择, 对比研究了4种背膜条件对聚合物软化时间的影响。提出了超声工具头位移-时间曲线极小值点对应聚合物软化时间的观点, 并通过测量超声压印过程中基片-模具界面温度进行了实验验证。实验结果表明, 使用Sekisui #622E-50保护膜可缩短聚合物软化时间3.4 s, 使用Sekisui #622WB保护膜则可降低软化时间误差0.64 s。实验显示: 增加背膜不仅有效地避免了非成形面的熔融现象, 同时缩短了超声压印过程中的聚合物软化时间并提高了软化时间重复性。

由于非线性技术可使压电式能量采集获得较宽的振动频率和较高的输出电压, 本文基于非线性振动研究了一种压电式能量采集器。基于Duffing模型测试得到了非线性压电能量采集器的振动方程, 对其振动特性进行了仿真测试。在不同永磁体间距的条件下, 测试了非线性压电式能量采集器的开路输出电压, 结果表明, 当激振台加速度为20 m/s2时,该非线性压电式能量采集器的最大输出电压从线性系统输出时的131 V提高到208 V, 最大输出功率为43.264 mW, 主共振频率变化范围达到18 Hz。该Duffing模型的结构可以在小范围内改变非线性压电式能量采集器的共振频率, 同时提高其输出电压。

为了减小齿轮磨削加工中的磨床系统分度误差，提高齿轮加工精度，分析了齿轮磨床分度误差、齿轮安装偏心和齿轮齿距偏差之间的关系，获得了分度误差的计算方法，并计算出了齿轮磨床的分度误差。依据计算得到的分度误差值调整磨床，降低磨床分度误差，减小齿轮齿距累积偏差，提高了齿轮加工精度。以Y7125大平面砂轮磨齿机床为例验证了提出方法的可行性。建立了齿轮安装偏心和齿廓偏差的数学模型，求出了齿轮安装偏心的幅值和相位角,然后由齿轮安装偏心、磨床分度误差和齿轮齿距偏差的关系得到磨床的分度误差值。根据计算得到的分度误差值调整磨床分度盘，使磨床的分度误差从17.7 μm减少为3.3 μm，被加工齿轮的齿距累积总偏差由46.9 μm降低到11.5 μm，齿距精度达到三级。验证结果表明，按照这种方法调整磨床可以快速有效地降低磨床的系统分度误差，从而降低齿轮的齿距累积偏差。