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机械传动

机械传动

2025年07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 | 高重合度直齿圆柱齿轮传动系统耦合动态特性研究

理论研究 | 高重合度直齿圆柱齿轮传动系统耦合动态特性研究

摘要：【目的】高重合度(HighContactRatio,HCR)齿轮副基本上不靠增加齿轮装置质量，即可实现承载能力提升，传动更加平稳。因此，提出采用HCR齿轮代替传动系统中普通齿轮的方法，以达到提高齿轮系统承载能力、降低系统振动的目的。【方法】基于势能法，建立了HCR齿轮时变啮合刚度计算模型，对比了HCR齿轮与普通重合度齿轮的时变啮合刚度及刚度波动；建立了包括轴段、HCR直齿圆柱齿轮副、轴承等在内的系统动力学模型，对比了不同转速条件下HCR齿轮系统与普通重合度齿轮系统的动态特性。【结果】结果表明，与普通重合度齿轮系统相比，HCR齿轮综合啮合刚度大幅度提升，刚度波动显著下降；在不同转速条件下，HCR齿轮系统的动态啮合力与振动加速度的有效值和峰峰值均有大幅度下降。
理论研究 | 基于微晶模型的航空齿轮传动流-热-固多场数值模拟

理论研究 | 基于微晶模型的航空齿轮传动流-热-固多场数值模拟

摘要：【目的】为了真实地模拟出实际工况下轮齿啮合状态，揭示齿轮在实际工况下的啮合传动机制，基于多相流模型与动网格方法建立齿轮啮合过程流场模型。【方法】对流场模型进行计算求解，并将计算结果作为钛合金齿轮的热-固耦合分析的油液压力、齿面温度、对流换热系数等的初始计算参量；利用纳米压痕技术，引入齿轮内部晶粒各向异性分布信息；基于Voronoi方法及Python二次开发软件建立齿轮流-热-固多场微晶模型，计算了齿轮传动过程中的流场、温度场、应力场，并对比分析了传统均质有限元模型与微晶非均质有限元模型在齿面最大接触应力、温度峰值上的差异。【结果】结果表明，采用微晶模型计算得出的齿轮啮合热应力整体偏小，相较于采用传统有限元模型，应力分布状态更加分散。因建模中充分考虑了晶粒不均匀性对齿轮啮合过程中温度和应力的影响，微晶模型能够更加真实地反映出实际工况下轮齿的啮合状态。
理论研究 | 基于改进的A算法的复杂环境下路径规划研究

理论研究 | 基于改进的A算法的复杂环境下路径规划研究

摘要：【目的】针对目前用于移动机器人全局路径规划的算法存在拐点多、耗时长、不适用于复杂环境等问题，对传统的 A^* 算法进行改进，并在复杂环境下对改进的 A^* 算法进行了仿真研究和试验验证。【方法】首先，将传统 A^* 算法的8邻域搜索扩展为12邻域搜索；其次，基于对环境的启发式信息处理得到的碰撞模型，将搜索到的路径分为4类代价路径，取最小代价路径作为移动机器人的最佳路径；最后，采用三次样条插值法对规划得到的最佳路径进行平滑处理。【结果】试验结果表明，改进的 A^* 算法相比于传统 A^* 算法，在简单、一般、复杂环境中的搜索速度分别提升 32.68% 、 33.40% /20.17% ，路径严重偏折数分别减少35. 71% 、 43.67% 、 47.58% ；并且得到的路径具有节点少、路程短、路径更平滑的优点。
理论研究 | 2-UPS/RRR并联机构位置逆解与可达工作空间分析

理论研究 | 2-UPS/RRR并联机构位置逆解与可达工作空间分析

摘要：【目的】针对踝关节康复问题，设计了一款用于踝关节康复的2-UPS/RRR并联机构。【方法】通过SolidWorks软件绘制了机构的三维模型，根据不同患者的脚踝旋转中心，设计了旋转中心可调的动平台；使用螺旋理论计算分析了机构自由度，并采用Kutzbach-Grubler公式对结果进行了验证；推导了机构位置逆解方程、正解方程，并使用Matlab与Adams仿真软件对逆解方程进行了联合仿真验证；运用极限搜索法，对并联机构的工作空间进行了求解。【结果】结果表明，该机构可以满足人体踝关节的康复训练要求。研究可为后续物理样机的制造提供参考。
理论研究 | 直齿锥齿轮齿面建模及强度对比研究

理论研究 | 直齿锥齿轮齿面建模及强度对比研究

摘要：【目的】为验证8字啮合锥齿轮在加工及啮合性能上的优势，将其与球面渐开线锥齿轮进行了对比研究。【方法】首先，借助空间渐开线展成理论和坐标变换，建立了球面渐开线锥齿轮的齿面方程，通过平面冠状产形轮展成8字啮合锥齿轮齿面模型；其次，根据过渡曲面与工作齿面、齿根面的连续相切条件，采用Hermite插值法构建了齿根过渡曲面模型；最后，借助齿面Ease-off法、齿面接触分析和有限元方法，分析了两种锥齿轮的齿面偏差、齿面印痕和轮齿强度。【结果】结果表明，采用平面冠状产形轮加工的8字啮合锥齿轮与球面渐开线的工作齿面基本接近；但靠近齿根变厚，靠近齿顶变薄，且变化量与模数、压力角成近似线性关系，两种均是线接触形态。有限元计算结果显示，齿根弯曲强度提高了 6.24% ；避免了轻载下齿顶边缘接触的发生。
理论研究 | 超磁致伸缩致动器非线性动力学的时滞反馈控制研究

理论研究 | 超磁致伸缩致动器非线性动力学的时滞反馈控制研究

摘要：【目的】针对超磁致伸缩致动器(Giant Magnetostrictive Actuator,GMA)动力学中存在的分岔和混沌现象，为提高系统输出稳定性，设计了一种速度时滞反馈控制器，以抑制GMA系统主共振分岔和混沌运动。【方法】基于多尺度法求解系统的解析解和幅频响应方程，通过数值模拟研究了系统关键结构参数和各时滞反馈参数对系统主共振、混沌运动的影响规律。【结果】结果表明，适当增大反馈增益系数和减少时滞参数，可以有效消除系统主共振分岔现象；增大反馈增益系数，可将系统响应从混沌运动调整为周期运动，从而提高系统的稳定性。
设计计算 | 一种单自由度螺旋形空间折展机构的设计与分析

设计计算 | 一种单自由度螺旋形空间折展机构的设计与分析

摘要：【目的】为满足航空航天等领域对高性能折展结构的需求，设计了一种结构稳定、收纳率高、便于控制的单自由度螺旋形空间折展机构。【方法】受象鼻卷曲与伸展形态的启发，设计了一种收拢呈螺旋形、展开呈线形的折展机构，采用伸缩杆驱动模块完成折展动作。对模块端点进行位置分析，建立了运动学模型，推导了模块位移与角度的关系；采用数值法绘制模块端点轨迹，并提取了展开空间轮廓；利用三次样条插值和蒙特卡洛方法估算了展开空间面积；最后进行运动仿真，以验证模块间的运动干涉情况。【结果】仿真结果显示，在折展机构运动过程中模块间无干涉，结构运行稳定；展开空间边界明确，具有较高收纳率，满足空间折展结构在尺寸变化与占用空间方面的性能要求。所提机构具备良好的可折展性与展开稳定性，可为螺旋形折展机构的设计与优化提供参考。
设计计算 | 基于混合动力乘用车的正时齿形链系统设计分析

设计计算 | 基于混合动力乘用车的正时齿形链系统设计分析

摘要：【目的】混合动力用发动机的结构形式及运行工况均与传统燃油车发动机有所差异。正时齿形链系统作为发动机的重要组成部分，仍缺少针对混动工况的设计改进及仿真验证。基于某款混合动力发动机的实际工况及结构组成，对其正时齿形链系统进行了设计计算及仿真分析。【方法】对正时齿形链系统进行了结构布局、链长、链板、链轮等的设计计算，并建立了三维模型；结合给定的工况条件，采用多体动力学仿真方法对设计的正时齿形链系统进行动力学特性研究，分析了其运动轨迹、瞬时传动比等动力学参数；利用有限元分析法对该系统进行了静力学分析、模态分析以及频率响应分析，并探讨了其强度、刚度以及振动特性。【结果】结果表明，所提出的设计分析方法符合要求，可以满足正时齿形链系统的运动平稳性要求，且满足系统结构的强度、刚度要求。该设计方法可为后续的设计和优化提供参考。
设计计算 | 具有弹跳特性的六足机器人结构设计与仿真

设计计算 | 具有弹跳特性的六足机器人结构设计与仿真

摘要：【目的】针对移动系统对非结构地面适应能力差的问题，提出了一种具有弹跳特性的六足机器人，并对机器人的整体构型和单腿进行了结构设计。【方法】对比多足蜘蛛和竹节虫的爬行特征，机器人腿部采用六足均布式的布置方式；为实现六足机器人的跳跃功能，设计了腿部储能机构；通过SolidWorks三维绘图软件绘制六足机器人的各部分零件，完成虚拟样机搭建；建立了单腿运动坐标系，通过D-H法进行了正逆运动学分析；讨论了静步态和动步态下的运动方式，并通过Adams软件进行了仿真验证。【结果】结果表明，六足机器人的结构设计和步态规划合理，可为进一步的研究提供参考。
设计计算 | 具有两种平移特性的三平移并联机构设计与分析

设计计算 | 具有两种平移特性的三平移并联机构设计与分析

摘要：【目的】为解决以往三平移(3T)并联机构在实现曲线轨迹平移中控制算法复杂的问题，提出了一种基于机构本身特性即可实现曲线轨迹的新型机构。【方法】基于方位特征(Position andOrientation Characteristics,POC)集方程的并联机构设计理论，对该机构进行了方位特征集、自由度以及耦合度等拓扑性能分析；基于拓扑结构运动学建模原理，得到了机构的解析式位置正解方程、解析式位置逆解方程，验算了正/逆解方程的正确性；使用SolidWorks软件及Matlab软件验证了该机构在不同驱动形式下具有的不同移动运动特性。【结果】传统只有平直运动的3T并联机构要实现两个方向的曲线平移需要将多个平直移动通过复杂算法进行曲线拟合才可实现，本机构只需通过改变驱动副的运动速度即可实现弯曲平移。
设计计算 | RV减速器角度误差调整及公差分配方法

设计计算 | RV减速器角度误差调整及公差分配方法

摘要：【目的】针对曲柄轴、摆线轮、针齿壳等关键承载零件在加工及制造过程中存在角度误差，导致旋转矢量(RotaryVector,RV)减速器传动精度及传动平稳性降低的问题，提出了基于状态空间模型的RV减速器角度误差调整方法及公差分配方法。【方法】首先，以BX40E型减速器为研究对象，构建了该减速器的误差传递链，说明了RV减速器误差的传递路径；其次，建立了误差传递过程的状态空间模型，结合最优控制理论，综合考虑传动精度、调整工时成本、测量不确定度等因素，给出了各装配步的最优调整量和最终误差状态；最后，以加工总成本最小为目标函数，利用遗传算法完成了关键零件角度公差的分配。【结果】研究结果证明了该方法在提高RV减速器传动精度及稳定性方面的有效性；但应根据实际精度需求选取不同精度权值，以使成本最低。
设计计算 | 行星展收式可重构轮-履复合车轮变形机制研究

设计计算 | 行星展收式可重构轮-履复合车轮变形机制研究

摘要：【目的】面向地面特种机器人在复杂环境下执行抗震救灾等任务的需求，设计了一种无须弹性补偿元件的轮-履可重构变形轮。【方法】首先，介绍了行星展收传动机构、变形机构、离合机构的系统组成及工作原理，探讨了变形轮在不同工作场景可实现的运动模式；其次，建立了车轮变形过程中的几何参数模型，分析了轮-履变形机制，得到了车轮变形过程中影响履带变形前、后长度的因素，如连杆旋转角、滑块移动距离、变形机构中心坐标等；再次，设计了机器人的原理样机及测试平台，并进行了试验验证；最后，搭建控制系统，在地板、泥土、沙土3种环境下测试了车轮的速度和通过性。【结果】结果表明，车轮与履带模式下，履带的长度变化率仅为 0.29% 。通过变形机构、传动机构及离合机构的协同作用，变形轮可完全实现9种运动模式切换。研究为后期特种机器人的多场景应用提供了参考。
设计计算 | 一种新的角不对中花键鼓形修形设计方法

设计计算 | 一种新的角不对中花键鼓形修形设计方法

摘要：【目的】针对渐开线花键副因角不对中引发的边缘接触与偏载问题，突破传统鼓形修形设计中经验试错法效率低下的局限，提出了一种基于接触力学特性的高效优化设计方法。【方法】以角不对中渐开线花键副为对象，通过分析鼓形花键的接触挤压变形特点，给出了不同修形量下花键各键齿齿面接触区域解析预测公式；通过设置不同的修形量生成计算样本，得到花键最大接触应力(P_max) 与齿面修形量的关联规律；分析了 P_max 最小的样本中花键接触区域的特征，结合键齿接触区域预测公式获取花键修形量，实现了 P_max 最小化的花键齿面最优化修形设计；最后，通过有限元仿真分析和试验对比，验证了该修形设计方法的准确性和有效性。【结果】分析计算结果表明，在计算效率上，与传统试错法需6\~10次有限元仿真寻找合适的鼓形修形量相比，新方法仅需单次仿真即可确定最佳修形量，计算效率提升 80% 以上；在性能提升方面，不对中工况下，优化后的修形使花键齿面接触应力降低 30.22% ，键齿最大磨损体积减小 50% ，可有效消除边缘接触、显著延长服役寿命。
试验分析 | 楔块磨损对离心脱开型超越离合器性能的影响

试验分析 | 楔块磨损对离心脱开型超越离合器性能的影响

摘要：【目的】建立基于虚拟样机的楔块局部磨损的离合器模型，以分析楔块磨损对离合器动态性能的影响。【方法】采用Adams软件对模型进行动力学特性仿真分析，得到了楔块磨损对楔块与内环接触力、动力输入轴所受转矩、动态接合难易程度和超越时临界脱开转速的影响规律。【结果】结果表明，虚拟样机脱开转速仿真结果与试验结果误差小于 10% ，验证了虚拟样机仿真的准确性；楔块与内环冲击接触力、动力输入轴所受转矩随着楔块磨损的增加先减小后增大；离合器进入完全超越状态所需的临界转速随着楔块磨损的增加而增加。
试验分析 | 干切滚齿机床热态特性的多源信息融合测试及分析

试验分析 | 干切滚齿机床热态特性的多源信息融合测试及分析

摘要：【目的】针对干切滚齿机床热态特性问题，开展了多源信息融合测试与分析研究。【方法】结合干切滚齿机床的结构布局与多源产散热规律分析，设计了其热态特性测试方案；通过下位机硬件选型、上位机软件功能开发及测试功能集成，构建了干切滚齿机床热态特性多源信息融合测试方法；基于输入-过程-输出(Input-Process-Output,IPO)模型，提出了干切滚齿机床多源热态数据的顺次处理方法；利用异常值替换、移动平均滤波、小波滤波以及数据重采样技术，实现了多源热态数据的精确分析；在某汽车齿轮的干式滚切加工试验中进行了验证分析。【结果】结果表明，所提出的测试及分析方法具有较高的有效性和可靠性。研究实现了干切滚齿机床热态特性的在线测量与精确分析，可为干切滚齿机床热平衡设计提供技术支撑。
试验分析 | 考虑不对中误差的人字齿轮双侧应力偏载分析

试验分析 | 考虑不对中误差的人字齿轮双侧应力偏载分析

摘要：【目的】在加工制造人字齿轮过程中不可避免地会存在双侧轮齿不对中的情况，这可能会引起齿轮双侧轮齿载荷差异过大，甚至是单侧承载的状况，导致齿轮过早失效。为改善这一现象，研究了不对中误差对齿轮双侧应力差异性的影响。【方法】通过理论推导，得到了啮合刚度、不对中误差及转矩变化与应力偏载系数之间的关系；基于计及不对中误差的有限元仿真模型，分别计算了不对中误差、啮合刚度和转矩对人字齿轮双侧齿根拉应力、压应力和应力偏载系数的影响，分析了双侧轮齿接触应力分布情况，确定了单侧啮合和双侧啮合的区间，验证了理论分析的正确性。【结果】仿真结果表明，除了提高加工精度外，增大系统转矩、减小啮合刚度与增加齿轮轴轴向柔性，都是减小人字齿轮双侧应力偏载差异的有效方式。
试验分析 | 弹跳机器人着陆姿态分析及其控制方法研究

试验分析 | 弹跳机器人着陆姿态分析及其控制方法研究

摘要：【目的】针对弹跳机器人着陆时易倾翻、不稳定的问题，设计了一种采用正交布局的三动量轮弹跳机器人。【方法】首先，采用静态稳定边界法对机器人静态稳定性进行分析，证明了该机器人静止状态下水平站立的稳定性。其次，结合达朗贝尔原理和能量守恒，提出一种新的基于弹跳机器人姿态角、动势能关系的着陆稳定判据，并基于此方法对弹跳机器人进行了着陆阶段稳定性分析。再次，针对机器人起跳、着陆阶段扰动大和系统耦合的特点，设计了基于积分滑模控制算法的机器人姿态角控制器以及系统解耦的前馈控制器，对机器人滞空、着陆阶段进行了姿态控制；使用Ad-ams-Simulink联合仿真，验证了动态稳定判据的正确性；对比积分滑模观测器(Integral Sliding ModeObserver,ISMO)和比例-积分-微分（Proportional-Integral-Derivative,PID)控制器，前者的抗扰动能力可显著克服机器人起跳和着陆碰撞所产生的扰动。最后，制作样机，验证了动量轮改变弹跳机器人姿态的可行性。【结果】结合积分滑模控制算法，所设计的基于三正交动量轮姿态控制机构可有效地对机器人起跳后的姿态进行控制，并且所提出的机器人着陆稳定判据可有效地通过当前机器人状态对机器人稳定性进行预测。
开发应用 | 复合节距块式链传动的链轮齿形设计

开发应用 | 复合节距块式链传动的链轮齿形设计

摘要：【目的】复合节距块式链传动广泛应用于机械行业的冷拔机及其他类似设备上。块式链条具有内、外链节节距不等的特殊结构，完全不同于普通滚子链和输送链。由于目前没有相应的行业标准和机械设计手册提供参考，设计人员无法直接采用现有链轮分度圆等计算式进行齿形设计。为此，针对复合节距块式链传动的链轮齿形，提出了一种适合块式链链轮的两圆弧一直线齿形的设计方法。【方法】根据链传动啮合原理，在确定链轮齿数的啮合状态下，利用内、外链节中心线之间的夹角保持恒定的特点，通过引入当量节距，得到了理论计算用的分度圆直径的计算式。【结果】设计实例的应用结果表明，复合节距块式链的链轮采用两圆弧一直线齿形的设计是可行的，可为工程技术人员提供设计参考。需要指出，由于块式链传动具有非共轭啮合传动的特点，与它相啮合的链轮齿形可以不完全相同，设计人员也可采用直线齿形或渐开线齿形等。
开发应用 | 基于复合运动基元的机器人多演示轨迹在线建模研究

开发应用 | 基于复合运动基元的机器人多演示轨迹在线建模研究

摘要：【目的】针对传统机器人演示学习算法中存在的参数估计效率低、缺乏多轨迹建模能力的问题，提出一种基于复合动态运动基元的机器人多演示轨迹在线建模方法。【方法】该复合算法采用高斯混合模型进行多演示轨迹建模，并通过动态运动基元学习高斯混合模型的回归轨迹，增加了动态运动基元的多轨迹建模能力。为了提高模型的参数估计效率，设计了基于路径积分和Welford公式的在线参数估计算法，在轨迹采样过程中在线计算模型参数，演示结束时即可完成参数估计。最后，以6自由度工业机器人为对象，设计并完成了机器人拆垛轨迹演示学习试验。【结果】结果表明，基于复合动态运动基元的演示学习算法参数估计时间仅为 0.033ms ，具备快速多轨迹建模能力。
开发应用 | 某重卡变速器啸叫识别及解决方法

开发应用 | 某重卡变速器啸叫识别及解决方法

摘要：【目的】以某重卡10挡变速器为研究对象，针对其在6挡、7挡、8挡急加速工况下存在的啸叫问题进行分析解决。【方法】采用阶次跟踪法确定变速器啸叫源，通过计算机辅助工程技术（ComputerAidedEngineering,CAE)对齿轮进行优化；通过整车噪声、振动与声振粗糙度(Noise,Vi-brationand Harshness,NVH)测试性能对优化方案进行验证。【结果】分析发现，通过调整齿轮阶次、提高齿轮重合度、对齿轮进行微观修形等方法，可以有效解决重卡变速器的啸叫问题。
开发应用 | 一种"长征"轨迹的新能源车结构设计与仿真分析

开发应用 | 一种"长征"轨迹的新能源车结构设计与仿真分析

摘要：【目的】为了模拟“长征”轨迹路线并通过固定打卡点实现打卡和语音播报，设计了一种基于凸轮机构的新能源电动车。【方法】首先，以固定打卡点为插值节点，通过三次样条曲线插值进行轨迹规划，并通过SolidWorks软件对曲线轨迹进行优化；其次，建立小车运动模型并进行分析；再次，结合优化的轨迹曲线，利用Matlab软件编程生成凸轮轮廓曲线，完成凸轮设计；最后，对小车的传动机构、微调机构等进行结构设计，并对凸轮转向机构进行了仿真分析。【结果】结果表明，该小车的结构可以稳定并精确地通过初赛打卡点，凸轮设计方法适用于其他各种复杂轨迹且要求通过固定点位的小车设计。

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