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机械传动

机械传动

2025年03期

《机械传动》杂志，于1977年经国家新闻出版总署批准正式创刊，是中国机械工程学会机械传动分会和中国机械通用零部件工业协会齿轮分会两组织的会刊，在国内享有较高的声誉，在机械行业内具有重要的影响力。

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理论研究 | 片式离合器摩擦副热弹性不稳定性温度-压力扰动特性研究

理论研究 | 片式离合器摩擦副热弹性不稳定性温度-压力扰动特性研究

摘要：【目的】为了研究多层材料摩擦副热弹性不稳定性（Thermoelastic Instability, TEI）及扰动场分布规律，针对摩擦元件最常见的摩擦片对称-对偶钢片反对称变形模态，采用伽辽金法建立了摩擦副热弹性不稳定性有限元模型。【方法】结合Matlab数值模型分析，通过坐标变换得到了对称-反对称模态下临界速度的径向分布与扰动增长系数变化规律；基于扰动法并结合有限元模型提出滑摩表面瞬态扰动场计算模型，获得了摩擦副滑摩表面温度和压力扰动场分布规律。【结果】结果表明，对称-反对称模态下，最低临界速度对应的扰动频率为主特征扰动，该扰动频率下，扰动增长系数增加最快；摩擦副外径处最先进入热弹性不稳定状态，然后随着相对滑摩角速度的增加而逐渐向内径扩展；温度和压力扰动场的波动沿摩擦副周向呈周期性分布，但线速度沿径向分布的差异导致外径处扰动幅值高于内径；当相对滑摩速度超过临界速度时，由于指数增长效应，扰动幅值会随相对滑摩时间的增加而迅速增长。研究结果为后续探究摩擦副热点形成机制以及温度和压力场分布规律提供了参考。
理论研究 | 基于多截面构造的实测误差齿轮啮合性能分析

理论研究 | 基于多截面构造的实测误差齿轮啮合性能分析

摘要：【目的】新能源汽车的发展对齿面的微观形貌提出了更高的要求。然而，齿形误差的存在会影响齿轮传动的平稳性。为精确分析齿形误差对渐开线齿轮啮合性能的影响，为新能源汽车中的高精度齿轮发展提供指导，相较于现有的三截面测量齿面构造方法，提出了一种多截面齿面构造方法，使构造齿面更加贴合实际齿面。【方法】通过有限元仿真，分析了含齿形误差的多截面构造齿轮与三截面构造齿轮在啮合周期内的齿面接触应力以及不同负载下传动误差的变化情况。【结果】结果表明，相比于三截面构造的误差齿轮，多截面构造的误差齿轮在整个啮合周期内最大接触应力变化明显，更精确地反映了由齿形误差带来的接触面积和载荷分配方式的变化；同时，随着负载转矩的增大，多截面构造的误差齿轮的传动误差幅值增长高于基于三截面构造的齿轮；两者相较于理论齿轮，多截面构造的误差齿轮的传动误差波动更明显，更能反映真实的齿面情况。这为进一步研究快速高效构造贴合实际齿面的齿轮模型打下了坚实的基础。
理论研究 | 行星轮滚针轴承组件变形和接触性能研究

理论研究 | 行星轮滚针轴承组件变形和接触性能研究

摘要：【目的】为满足高功率密度和紧凑性的指标要求，行星齿轮被设计成薄壁结构，这使得行星齿轮刚度变小、容易变形，影响轴承的承载能力和寿命。针对该问题，基于弹性力学虚功原理和滚动轴承设计方法，分析研究了行星轮滚针轴承组件变形和接触性能。【方法】首先，运用虚功原理和滚动轴承设计方法建立了公-自转耦合下薄壁行星轮系力学分析模型；然后通过数值计算精确获取行星环挠曲变形曲线，以及轴承载荷分布和接触应力等性能参数，分析了驱动力矩和公-自转耦合对轴承承载能力和寿命的影响，并采用有限元仿真分析进行验证。【结果】结果表明，柔性行星环的挠曲变形对轴承载荷分布有明显影响，在实际行星轮系滚针轴承性能计算中，要考虑行星环形变和滚针接触性能的耦合作用；从滚针凸度修形考虑最佳方式是对数修形；轴承载荷和接触应力随公转速度和驱动力矩增大而增大，位置角55°~305°为滚针承载区域；轴承疲劳寿命随公转速度和驱动力矩增大而缩短。
理论研究 | 3-[P（RR-RRR）SR]运动学冗余并联机构动力学分析

理论研究 | 3-[P（RR-RRR）SR]运动学冗余并联机构动力学分析

摘要：【目的】运动学冗余并联机构相较于常规并联机构，具有姿态工作空间大且能避免奇异位形等优势。但其活动度L大于末端执行器的自由度n，导致机构刚体数目过多，使其动力学建模变得更加困难。因此，基于虚功原理提出一种针对3-[P（RR-RRR）SR]运动学冗余并联机构的动力学建模方法，进一步简化建模的过程。【方法】首先，在机构活动度L对应的高维度广义空间上选取广义变量，推导了机构内各构件的速度、加速度和系统输出速度、加速度之间的运动学传递关系，求解了机构各构件与广义变量的雅可比矩阵；然后，运用虚功原理建立了该并联机构的动力学模型；最后，通过末端执行器的五次多项式轨迹跟踪对模型进行仿真，并与Adams软件的计算结果进行比较。【结果】分析结果表明，各关节的驱动力/力矩的理论值与仿真值之间的最大相对误差仅有1. 58%。这证明了该模型的准确性与可靠性，同时也说明此方法能够为该机构动力学特性的深入分析和控制策略的研究提供参考。
理论研究 | 弹流状态下深沟球轴承刚度阻尼研究

理论研究 | 弹流状态下深沟球轴承刚度阻尼研究

摘要：【目的】油润滑的滚动轴承滚动体与滚道间很容易形成弹流润滑（Elasto-HydrodynamicLubrication, EHL），弹流油膜对滚动轴承的刚度阻尼具有不可忽视的重要作用，研究和计算滚动轴承的刚度阻尼必须考虑弹流润滑的作用和影响。【方法】应用点接触弹流摩擦副刚度阻尼拟合公式，研究了载荷和转速对深沟球轴承刚度阻尼的影响，并将理论计算结果和有关的试验结果进行了比较分析。【结果】结果表明，转速一定时，深沟球轴承径向刚度和阻尼随载荷的增加而增大；载荷一定时，深沟球轴承径向刚度和阻尼随转速的增大而成指数减小。理论计算的滚动轴承刚度阻尼随载荷、速度的变化趋势与试验结果一致，证明了理论计算结果的正确性。研究同时表明，点接触弹流摩擦副刚度阻尼拟合公式是正确的，为计算弹流状态下滚动轴承的动特性提供了便利。
理论研究 | 残余应力对斜齿轮时变啮合刚度的影响及其动力学分析

理论研究 | 残余应力对斜齿轮时变啮合刚度的影响及其动力学分析

摘要：【目的】淬火热处理作为齿轮重要强化工艺会产生较高的残余应力，进而影响齿轮啮合刚度及动态性能。在分析淬火残余应力分布规律的基础上，揭示残余应力对齿轮啮合动态特性的量化影响。【方法】基于直接热-力耦合法建立齿轮淬火仿真模型并求解淬火残余应力，结合单节点法将该残余应力作为预应力求解斜齿轮副的时变啮合刚度；并以此为基础，利用集中参数法建立斜齿轮副的10 自由度动力学模型，使用龙格-库塔法进行数值求解，得到斜齿轮副的振动响应动载荷时域图和频域图。【结果】与不考虑残余应力相比，存在残余应力的单齿弯曲变形在4 齿啮合区域变大、在5 齿啮合区域变小，接触变形无明显变化，啮合刚度和动载荷的时域峰值变大，啮频处的动载荷频域幅值谱密度增大。
设计计算 | 具有瞬态高精度正弦输出特性组合曲柄连杆机构的研究

设计计算 | 具有瞬态高精度正弦输出特性组合曲柄连杆机构的研究

摘要：【目的】针对复合曲柄连杆机构两个曲柄旋转中心距离较大的问题，为避开链传动带来的瞬态振动和相位误差，创新地提出了具有瞬态高精度正弦输出特性的组合曲柄连杆机构。【方法】解析计算了链传动对机构输出的瞬态特性影响，其最大可造成±5%的波动转矩；设计了同轴反向传动机构，将两个曲柄进行同轴布置，可实现平稳、精确传动；利用Ansys 软件对锥形齿轮轴进行扭转角度分析，兼顾锥形齿轮传动侧隙，分析了该机构的输出规律与标准正弦曲线之间的误差。【结果】结果表明，锥形齿轮轴扭转变形和锥形齿轮传动侧隙带来的绝对速度误差较小。因此，该机构具有瞬态高精度特性，满足波浪能发电装置和汽车悬架振动等产品低成本试验要求。
设计计算 | 基于中医推拿手法的柔性拍打装置设计

设计计算 | 基于中医推拿手法的柔性拍打装置设计

摘要：【目的】在当下高强度重负荷工作压力下，人们更为重视生活品质与身体健康，中医推拿缓解疲劳、促进代谢的保健作用愈发显见。拍打是中医推拿中的重要手法，提出一种柔性拍打装置。【方法】借助曲柄摇杆机构实现往复式摆动，并在其末端增设柔性旋转关节，可通过惯性完成拍打动作；设计调姿机构，以满足用户不同拍打角度所需；建立拍打机构动力学模型，分析去程和回程动力学参数，以验证拍打动作的可行性；搭建拍打检测系统，测试了拍打速度对拍打力的影响。【结果】研究工作对于仿中医推拿机器人设计具有一定的指导意义。
设计计算 | 细高齿齿轮齿根动应变计算及测试方法研究

设计计算 | 细高齿齿轮齿根动应变计算及测试方法研究

摘要：【目的】针对细高齿齿轮齿间载荷分配及动态特性与常规直齿轮间的差异，综合考虑系统动力学特性，提出了一种细高齿齿轮齿根动应变的计算方法。【方法】采用集中质量法建立了系统动力学模型，通过Newmark-β 法求解系统动力学方程，求解了齿轮副动态啮合力；利用有限元法建立了齿轮结构动力学分析模型，结合轮齿承载接触分析方法确定齿间载荷分配关系，通过有限元瞬态分析得到齿根应变时域历程；利用所提方法对不同转速及负载下细高齿齿轮的齿根动应变进行求解，将计算结果与常规直齿轮进行了对比。【结果】结果表明，细高齿齿轮单对轮齿载荷分配率变化范围在0. 2~0. 6，其齿根应变共经历两次先增大后减小的变化过程；随着输入转速及负载的增加，细高齿齿轮齿根应变峰值总体呈增大趋势，且不同工况下其齿根应变峰值较常规直齿轮显著降低。将所述方法获得的细高齿齿轮齿根动应变与试验结果进行对比，齿根应变峰值的计算与实测结果的相对误差小于10%，验证了动应变计算方法的有效性。
设计计算 | 超声引导的股静脉穿刺机器人的设计和验证

设计计算 | 超声引导的股静脉穿刺机器人的设计和验证

摘要：【目的】股静脉穿刺在重症急救、急症透析、给药补液等临床场景有着广泛的应用，但股静脉穿刺的成功率往往依赖于医生的经验。研究开发了一种超声引导的股静脉穿刺机器人系统。【方法】首先，设计一款2自由度的穿刺机器人末端穿刺执行器，用于穿刺摆臂的角度调整和股静脉穿刺进给；然后，基于7自由度串联机械臂，搭建了超声引导的股静脉穿刺机器人系统，保证超声扫查和穿刺空间；最后，对末端穿刺执行器及机器人的定位精度进行了验证。【结果】试验结果表明，末端穿刺执行器穿刺摆臂角度的绝对定位精度在0. 5°以内，穿刺进给的绝对定位精度在0. 2 mm以内，基于7自由度机械臂股静脉穿刺机器人针尖的空间重复定位精度在0. 2 mm以内，满足临床穿刺精度需求；搭建的机器人系统通过遥控操作实现了半自动穿刺，为实现股静脉的自动穿刺提供了重要的借鉴。
设计计算 | 装配误差和齿面摩擦影响下直齿轮啮合刚度建模与动力学响应分析

设计计算 | 装配误差和齿面摩擦影响下直齿轮啮合刚度建模与动力学响应分析

摘要：【目的】为探究安装误差和齿面摩擦共同作用下直齿轮副啮合和动力学演化规律，采用直齿轮副几何关系分析与能量法相结合的方法，研究了安装误差和齿面摩擦对直齿轮副啮合的影响。【方法】基于集中质量法建立了直齿圆柱齿轮副6自由度弯扭耦合振动模型，通过龙格-库塔法求解获得了表征系统啮合行为及动力学响应的数值解。【结果】分析结果表明，直齿轮副啮合刚度幅值随齿面摩擦因数的增加而降低。同时仿真结果表明，适当地调整直齿轮副安装情况和合理的齿面摩擦因数，可以改善直齿轮副传动精度和振动情况。结果可为开展系统误差影响下直齿轮传动系统的动力学研究提供参考。
试验分析 | 基于振动特性分析的高速干切滚齿工艺参数优化研究

试验分析 | 基于振动特性分析的高速干切滚齿工艺参数优化研究

摘要：【目的】高速干切滚齿是一种高效清洁的绿色制齿工艺。高速干切滚齿过程中高频交变切削载荷下加工系统强力振动严重影响加工效率和加工精度的问题亟待解决。【方法】鉴于此，基于正交试验，分析了不同工艺参数对滚齿过程振动特性的影响规律；提出滚齿振动综合指标，并建立了其与主轴转速与轴向进给速度之间的关系模型；在此基础上，构建了一种滚齿振动综合指标最优、切削时间最短的高速干切滚齿工艺参数优化模型。【结果】相对于原始切削条件，采用优化后的工艺参数可使切削时间降低26%、滚齿振动综合指标降低23%，并可提高被加工齿轮的尺寸精度。研究结果可为高效、高稳定性的高速干切滚齿工艺参数优选提供参考。
试验分析 | 基于热应力分布的制动盘制动力模型研究

试验分析 | 基于热应力分布的制动盘制动力模型研究

摘要：【目的】为了精确计算盘式制动器的制动盘制动力，建立了一种基于热源影响下制动片的准静态温度和热应力分布的制动盘制动力模型。【方法】首先，分析了单次制动过程中的能量转换机制；其次，基于制动过程中获得的准静态温度和热应力分布，通过数值方法构建了应力-制动力模型；最后，设计了仿真实例以验证模型的有效性。【结果】仿真结果表明，在制动中后期，受积温效应的影响，温度-制动力模型曲线略高于应力-制动力模型曲线；应力-制动力模型与温度-制动力模型曲线的趋势高度一致，最大差值为305 N，平均差值为2. 371 5 N，平均相对误差为0. 012 7%。该模型不仅为制动力的数值分析提供了依据，也为制动力检测开辟了新的思路和方法。
试验分析 | 不同动力源激励下P2构型混动汽车动力传动系统动态特性分析

试验分析 | 不同动力源激励下P2构型混动汽车动力传动系统动态特性分析

摘要：【目的】动力源是传动系统重要的外部激励，需充分探究不同动力源对混动汽车动力传动系统动态特性的影响。【方法】首先，推导了四缸发动机和永磁同步电动机的动态驱动力矩，并将其表达成角位移的函数，建立了动力源动力输出模型；其次，基于有限元缩聚和集中参数动力学建模方法，建立了传动系统混合动力学模型，并对建模方法的准确性进行了试验验证；最后，基于耦合动力源和传动系统动力学模型，建立了混动汽车动力传动系统机电刚柔耦合动力学模型，使车辆分别以纯电动驱动模式、发动机驱动模式和联合驱动模式运行，分析了不同驱动模式下系统的动态响应特性，探究了发动机转矩波动、电动机转矩波动、发动机与电动机同时作用时的转矩波动对系统动态特性的影响。【结果】结果表明，电动机转矩波动与发动机转矩波动都会引起齿轮副啮合力矩振幅增大、轴承支反力振幅增大以及箱体轴承中心轨迹范围增大，并且电动机2倍基频和四缸发动机基频引起的振动是箱体轴承支反力振幅增大的主要原因。
试验分析 | 混动汽车并联模式敲击异响分析及优化

试验分析 | 混动汽车并联模式敲击异响分析及优化

摘要：【目的】针对某款混动车型并联工况异响问题，研究其产生机制并提出优化方案。【方法】首先，对样车进行振动和噪声测试，明确异响类型；其次，建立仿真分析模型，模拟车辆并联工况，通过与测试数据对比，校核模型精度；最后，进行参数影响规律分析，找出对异响影响较大的参数。【结果】综合测试和仿真分析可知，该异响为变速箱齿轮敲击噪声，主要发生在驱动电动机一侧；并联车速、驱动电动机转矩和次级飞轮转动惯量对该异响影响较大。验证结果表明，提高驱动电动机转矩，振动降幅为66. 7%；提高并联车速，振动降幅为60%；提高次级飞轮转动惯量，振动降幅为46. 7%。所提方案对抑制齿轮敲击的效果明显。
开发应用 | 弹簧滑块式弹跳机器人设计与弹跳性能研究

开发应用 | 弹簧滑块式弹跳机器人设计与弹跳性能研究

摘要：【目的】为增加机器人越障性能，使机器人具有较强的地形适应能力，设计研究了一种在轮式机器人上复合弹跳机构的“行-跳两用”地形侦测机器人。【方法】弹跳机构采用弹簧与缸体滑块相结合的组合方式，通过弹簧储能实现弹跳。首先，设计了弹跳机构方案并搭建虚拟仿真样机；其次，为了研究滑杆长度和运动间关系，通过机构运动学建模，获得机构滑杆与跳跃腿摆角间关系，并进行了机构速度及加速度分析；再次，基于拉格朗日动力学方法建立机构动力学模型，得到各杆件的力矩受其转动角度及角加速度的影响规律；最后，通过斜上抛运动模型分析，研究了机器人起跳角对弹跳性能的影响关系。【结果】通过Adams软件对机器人进行跳跃仿真，验证了理论建模的准确性，同时验证了该机器人具有良好的弹跳性能及弹跳平稳性。
开发应用 | 一种适用于刚性微型管道的变胞机器人

开发应用 | 一种适用于刚性微型管道的变胞机器人

摘要：【目的】为了解决传统管道机器人对复杂工作环境适应性差等问题，提出一种适用于刚性微型管道的形状记忆合金（Shape Memory Alloy, SMA）驱动蠕动式变胞机器人设计方案。【方法】设计了基于SMA驱动的锚固结构和伸缩结构，利用Adams软件对机器人蠕动前进和转弯过程进行动力学仿真与分析，并搭建样机进行运动试验验证。【结果】通过仿真获得的随时间变化的关节驱动力矩、速度、位移曲线，验证了机器人运动过程的稳定性。试验表明，样机在直径22 mm的“L”形和三通管道环境中能够稳定运动。结果证明，该变胞机器人通过锚固和伸缩结构的配合可实现蠕动前进，通过变胞可实现主动转弯，并具有良好的管道通过性。
开发应用 | 不确定扰动下的气动肌肉膝关节轨迹跟踪控制

开发应用 | 不确定扰动下的气动肌肉膝关节轨迹跟踪控制

摘要：【目的】为分析建模误差、外界干扰等因素对气动肌肉膝关节轨迹跟踪的影响，提出基于干扰观测器的模糊滑模控制策略。【方法】该控制策略在滑模控制的基础上加入干扰观测器，进而对干扰进行估计并作为滑模控制器的补偿；利用模糊控制参考实时的干扰和跟踪误差值来自适应调整切换增益K；最后，根据李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的稳定性。为了验证控制策略的有效性，设计了仿真与气动肌肉膝关节实物轨迹跟踪试验。【结果】结果表明，气动肌肉膝关节能稳定地跟踪目标轨迹，并且误差平均值和方差均趋近于0°。这说明该控制方法对柔性膝关节轨迹跟踪控制有很好的精确性和稳定性。
开发应用 | 基于三维点云的多指机械手抓取应用研究

开发应用 | 基于三维点云的多指机械手抓取应用研究

摘要：【目的】在工业制造领域，执行抓取动作是机器人完成复杂作业任务的基础，因此，实现对未知物体的精确感知和准确抓取至关重要。搭建机械手抓取试验平台，提出了一种基于多角度视觉信息的机械手抓取规划方案。【方法】首先，采用深度相机从多视角采集未知物体点云图像并进行三维重建，从而获取未知物体位置和形状信息；其次，采用高斯过程拟合未知物体隐式曲面，并基于吸引子运动的机械手动态抓取规划方案，实现对未知物体的特制化抓取。【结果】通过试验验证了所提出方案具有速度快、精度高、适应性强等特点，能够适应不同环境和任务需求。所提方案对于机器人相关应用研究具有重要意义。
开发应用 | 新型混合驱动智能仿人手设计

开发应用 | 新型混合驱动智能仿人手设计

摘要：【目的】针对欠驱动和全驱动机械手结构与控制系统不兼容问题，设计了一种混合驱动仿人手，其具有系统集成度高、结构灵活性强等特点。【方法】参照人手灵巧度，对食指和大拇指结构进行优化，使其具备多关节独立驱动和自适应欠驱动能力，并通过锥形螺旋驱动轴结构，优化了手指驱动力；采用扁囊结构在狭小空间下实现了手指侧摆独立驱动，利用热力图解映射关系对传感器布局进行了优化，并对5 种传感器多模态应用进行了研究。【结果】制作了具有16 个驱动器的仿人手样机，使其具备全智能化抓取及表面纹理识别能力；并对不同驱动模式下的抓取能力进行了测试，为机械手多模态控制研究提供参考。
综述 | 基于失效模式的齿轮有效硬化层深选择

综述 | 基于失效模式的齿轮有效硬化层深选择

摘要：【目的】齿轮硬化层深度是影响齿轮强度和承载力的关键因素之一。现有研究表明，齿轮不同的失效模式所要求的有效硬化层深度不同。传统的硬化层深度设计往往仅考虑了硬化层与模数的关系，未充分考虑齿轮服役环境、性能要求及失效模式等的影响，未真实反映硬化层深度的理论内涵。【分析】以渗碳淬火齿轮为例，汇总了国内外对有效硬化层深度研究的相关文献及标准；在此基础上，给出了齿轮不同失效模式下的有效硬化层深度设计方法，并给出了最佳硬化层深度的推荐值。
综述 | 爬壁机器人吸附方式机理及其应用

综述 | 爬壁机器人吸附方式机理及其应用

摘要：【目的】高空中壁面作业有一定的危险性，一旦发生事故，会造成人员伤亡和经济损失；采用爬壁机器人代替人工是很好的解决方法。爬壁机器人吸附的稳定性对其工作可靠性与效率有极大影响，因此，对吸附技术的研究是设计爬壁机器人的关键之一。目前，对于爬壁机器人吸附机理及其应用的研究尚未形成系统化的对比分析。【分析】介绍了常见几种吸附方式——磁吸附、负压吸附、静电吸附、仿生吸附的吸附机理以及各自研究进展，对比各种吸附方式的应用场合，分析了各种吸附方式的优缺点以及应用前景。对现有常用爬壁机器人的吸附方式进行了分析、总结、对比与展望，以期为爬壁机器人的研究提供有益指导。

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