2020年, 第44卷, 第1期　
刊出日期：2020-12-10

  

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理论研究
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  非正交斜齿面齿轮弯曲强度计算方法研究

  秦德润, 杨龙, 唐进元, 陈思雨

  机械传动. 2020, 44(1): 1-6. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.001

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  关于面齿轮弯曲强度计算尚未见到解析计算方法与公式的相关文献。为此，基于齿面接触分析原理，推导弯曲力臂长度计算公式，参考锥齿轮弯曲强度计算标准（ISO 10300（3）:2014），提出非正交斜齿面齿轮齿根弯曲强度解析计算方法。以某一参数面齿轮传动副为例，利用Abaqus有限元软件进行齿根弯曲强度计算，提取非正交斜齿面齿轮齿根弯曲应力值，将有限元结果与解析计算的结果进行对比，两者误差为8.5%左右，表明提出的非正交斜齿面齿轮齿根弯曲应力计算方法正确可行。研究工作解决了面齿轮弯曲强度计算尚无解析计算公式问题，在进一步细化完善后，有望形成基础的面齿轮弯曲强度设计计算公式。
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  偏心激励下平行连杆加工的圆弧齿线圆柱齿轮啮合特性研究

  马登秋, 叶振环, 魏永峭, 杨航, 阎昌国, 张旭, 刘晓宇

  机械传动. 2020, 44(1): 7-12,46. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.002

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  以基于平行连杆加工的圆弧齿线圆柱齿轮为研究对象，利用UG NX10.0建立存在偏心误差的圆弧齿线圆柱齿轮三维模型，利用Adams建立考虑偏心激励的圆弧齿线圆柱齿轮动力学模型，对传动系统主动轮存在偏心、从动轮存在偏心以及主从动轮均偏心等3种工况进行仿真，获取偏心激励下圆弧齿线圆柱齿轮的啮合特性。研究结果表明，3种工况传动系统啮合力均呈现周期性变化；最大啮合力、平均啮合力和啮合力均方根均随齿轮偏心量增加而增加，啮合过程中的冲击越大，平稳性越差。研究结果为圆弧齿线圆柱齿轮的设计和应用提供了理论基础。
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  一种新型低耦合度半对称2T1R并联机构的拓扑设计及运动学

  吉昊, 沈惠平, 杨廷力

  机械传动. 2020, 44(1): 13-22. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.003

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  根据基于方位特征（POC）方程的并联机构拓扑设计理论和方法，设计了一种可实现两平移一转动（2T1R）输出运动的半对称并联机构，并对该机构的方位特征集、自由度、耦合度3个主要拓扑特征进行了分析计算，表明该机构的耦合度为1。然后，基于序单开链（Single Open Chain，SOC）的运动学建模原理，求解了机构的位置正解，导出位置机构反解解析式；进一步根据导出的位置反解公式分析了该机构的工作空间及其转动能力，研究了机构发生奇异的条件；并对机构的速度及其加速度进行了仿真分析。最后，对机构应用于脚踝按摩仪的原理进行了分析。
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  圆锥滚子轴承配合精度对温升特性影响规律的试验研究

  莫帅, 巩嘉贝, 杨超, 曹小林

  机械传动. 2020, 44(1): 23-27. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.004

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  圆锥滚子轴承作为机械传动系统中起支撑旋转轴系的重要精密基础关键元件，其性能参数及工作状态会对装备的传动特性产生重要影响，轴承运行中的温升效应是影响轴承性能的关键因素。为了深入研究圆锥滚子轴承配合精度对温升特性的影响机理，研制了轴承智能检测试验台，通过实验手段研究了在不同配合精度情况下的轴承温升状况，分析了圆锥滚子轴承内外圈配合精度变化与温升的耦合规律，获取了圆锥滚子轴承不同配合精度下的温升特性曲线，为高端装备中圆锥滚子轴承参数的精确选取提供了理论支撑。
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  考虑关节非线性的串联双连杆机械臂工业机器人运动控制

  张军, 许洪龙

  机械传动. 2020, 44(1): 28-34. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.005

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  当前，导致多轴工业机器人轨迹跟踪误差的主要非线性因素是各轴上的关节非线性和不同轴间的动力学耦合效应。对此，提出了一种考虑关节非线性的串联双连杆机械臂模型的工业机器人运动控制方法。构造了机械臂运动学和动力学模型，提出了一种参数化建模方法，将连杆的非线性刚度和摩擦力直接辨识为关节非线性，并将该方法应用于具有低频振动特性、对轨迹性能具有重要影响的典型多轴工业机器人的串联双连杆臂，再现串联双连杆机械臂的运动状态，通过数值模拟和实验对比，验证了该方法的有效性。采用含可变陷波滤波器的反馈闭环控制和动态前馈补偿2自由度控制两种控制方案，提高机械臂轨迹跟踪和残余振动抑制的性能。结合4种不同运动形式，开展实验研究，与常规PI轨迹跟踪控制方法进行对比分析。结果表明，采用具有可辨识双连杆动力学模型和带可变陷波滤波器反馈闭环回路的2自由度控制方案能够提高轨迹追踪和残余振动抑制性能。
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  基于压力角的摆线齿廓修形方法

  岳朗, 何卫东, 张迎辉

  机械传动. 2020, 44(1): 35-40,121. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.006

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  针对机器人RV减速器摆线轮，在等距修形方法的基础上，将修形量以线性和多项式方式变化，推导了修形后的摆线齿廓方程。基于压力角变化规律，通过控制齿根和齿顶的最大压力角和最大修形量，可以控制齿廓曲线修形区间不同位置的修形量。所提出的基于压力角的修形方法与传统修形方法最大的不同是：在摆线轮工作段，摆线轮齿廓为标准齿廓，非工作段与工作段是光滑连接的。在VB中编写了摆线齿廓的修形程序，对不同修形量和压力角时的修形区间和啮合力进行比较，结果表明，不同压力角所对应的工作区间是不同的，而基于压力角的分段修形方法下的啮合力分布更加均匀。
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  基于BP及其优化神经网络的双电机多挡AMT挡位决策研究

  任永强, 伍奇胜, 袁飚

  机械传动. 2020, 44(1): 41-46. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.007

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  针对传统BP神经网络挡位决策存在的不足，利用三参数换挡规律进行算法和参数优化，得到优化后的BP神经网络。以纯电动汽车双电机多挡AMT为对象，采集试验数据，构建优化前后的神经网络，进行训练和仿真分析。对训练过程的分析说明，优化后的神经网络具有更快的学习速度；对训练后相应模型的仿真分析说明，优化后的神经网络挡位决策模型具有更高的精度。经过优化后的参数可为相应的理论研究提供参考。
设计计算
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  风洞捕获轨迹6自由度机构运动学逆解分析

  李宁, 谢志江, 姜安林, 牟力胜, 胡立鸥

  机械传动. 2020, 44(1): 47-53. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.008

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  针对风洞捕获轨迹实验设备的需要，提出一种串联6自由度机构。建立了机构的运动学正解模型，对于串联机构运动学逆解难的问题，通过BP神经网络和数值法两种方法进行了该机构运动学逆解的探索。针对数值法逆解时初值估计难的问题，提出了一种新的方法，通过实例分析，验证了该方法的正确性。解决了数值法求解时初值估计的问题，使得数值法顺利解出逆解，相比BP神经网路，数值法精度更高。
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  一种双操作模式混联机构的设计与可行性分析

  殷兴鲁, 张春燕, 谢明娟

  机械传动. 2020, 44(1): 54-61. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.009

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  针对串联、并联两种基础构型在性能上对偶互补而不能综合发挥的问题，引入运动分岔机构，提出一种可实现串并联切换的全新混联构型，并以此设计了一款可重构双操作模式机械臂。介绍机械臂的结构组成，分析可重构臂部各构型下的自由度，运用旋量理论分析3-RSR/S并联基座的自由度特性。通过对臂部邻接构型约束螺旋系的对比，进行可行性分析。根据臂部不同模式下的运动特性，基于中枢模式发生器（CPG）的控制理论，可实现臂部的多模式控制和模式切换；通过仿真实验对臂部模式切换可行性进行验证，结果表明，设计方案合理可行，并进一步完成了实物样机模型的设计。该新构型是复杂先进装备创新研制方面的新尝试，可推广至工位性质较多的特殊工况作业。
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  基于在线ZMP校正的下肢外骨骼上楼梯步态规划

  于振中, 姚锦涛

  机械传动. 2020, 44(1): 62-67. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.010

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  为提高下肢外骨骼机器人上楼梯的稳定性，合理的步态规划与误差校正是至关重要的两个方面，为此，提出一种上楼梯过程中零力矩点（ZMP）的在线校正方法。首先，建立下肢上楼梯的运动模型，并进行运动学分析，利用5次B样条曲线进行下肢关节轨迹规划。其次，针对由穿戴过程中人不稳定扰动作用造成的实际与规划ZMP轨迹之间的较大误差，采用在线ZMP校正进行调节。最后，通过仿真和实际实验证明，这种在线校正能够明显减小机器人的ZMP误差，提高机器人ZMP的稳定裕度，保证下肢机器人系统的整体稳定性。
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  超短筒谐波柔轮拓扑优化设计与分析

  李岩, 刘秋平, 王洋, 刘倩倩

  机械传动. 2020, 44(1): 68-71. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.011

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  为研究高性能超短筒谐波减速器，将拓扑优化理论引入谐波柔轮的设计。基于折衷规划法定义刚度拓扑优化的目标函数，并以体积分数与加工工艺为约束，构建谐波柔轮的拓扑优化模型。基于Abaqus/ATOM的优化准则算法进行求解，利用SolidWorks软件进行二次设计，并通过有限元分析，验证优化前后结果的合理性。该方法对超短筒谐波柔轮的设计和优化具有实际意义。
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  种等效3-P_zP_xS并联机构设计与运动学性能分析

  吕叶萍, 许勇, 宋伟, 梁诤, 刘勇

  机械传动. 2020, 44(1): 72-78. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.012

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  针对多轴联动混联加工平台的构型创新需求，综合出一种支链中含平面缩放结构单元的新型2R1T并联机构——3-P_zP_xS。提出并优选了支链构型，验证了机构自由度；推导获得了机构位置正逆解析解，便于后续的运动规划及控制；基于机构雅可比矩阵，确定了机构发生正运动学奇异的位形参数条件；采用边界搜索法获得机构可达工作空间后，确定机构具有大的转动能力。相关成果为混联高效数控加工中心的研究奠定了理论基础。
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  基于NEDC的纯电动汽车两挡变速器传动比设计

  王淑旺, 刘健, 马志林, 汪雷鸣

  机械传动. 2020, 44(1): 79-83. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.013

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  针对纯电动汽车两挡变速器传动比设计问题，在车辆参数与电机参数都确定的条件下，以传动比为设计变量，以汽车在NEDC工况下的百公里耗电量和动力性设计要求分别建立优化目标函数和约束条件，利用改进和声搜索算法，得到约束条件内优化模型的最优解。结果表明，所选用的两挡变速器基本满足设计要求，与原始单挡相比，该方法得到的设计结果在一定程度上提高了汽车的经济性。
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  波纹状磁流变制动器磁流热场强耦合分析

  陶东娅, 方志刚

  机械传动. 2020, 44(1): 84-89. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.014

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  为研究应用于汽车的波纹状磁流变制动器在磁流热场强耦合作用下的温度特性，建立了磁流变制动器的磁流耦合和热流耦合有限元分析模型，采用直接序贯耦合法得到磁流变制动器的磁场分布和稳态非制动工况、正常制动工况、紧急制动工况、连续间歇制动工况下的温度分布及其变化规律。研究结果表明，在稳态非制动工况，磁流变制动器温度分布近乎均匀，而在正常制动、紧急制动工况和连续间歇制动工况下的最高温度分别为92.4℃、111.2℃、80.4℃，制动间隙内的温度均呈现先上升后下降的变化趋势；随着励磁电流的增加，磁流变制动装置在制停过程中的最高温度也逐渐上升，但其上升幅度越来越小。研究结果可为磁流变制动器的设计和应用提供参考依据。
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  基于变胞理论的欠驱动机械手设计

  鲍佳蕾, 韩康, 郑承谱, 曹宇男, 孙恺

  机械传动. 2020, 44(1): 90-93. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.015

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  针对机器人末端夹具多功能化的需求，提出了一种新型欠驱动机械手结构。该机械手最大创新点在于其末端指节完全被动包络，提升了抓取稳定性。对其进行抓取姿态分析、稳定性分析，验证方案可行性，并验证不同物体抓取姿态，对控制策略研究提出展望。
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  基于改进Udwadia-Kalaba方程的双机械臂动力学建模与仿真

  刘佳, 史源平, 孙宏强, 刘荣

  机械传动. 2020, 44(1): 94-98. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.016

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  Udwadia-Kalaba方程为多体系统的动力学建模提供了一种新的思路。以双机械臂协同搬运物体为研究对象，针对Udwadia-Kalaba方程建模过程中存在的获取解析形式的约束关系和数值解存在误差的问题，给出了一种具有广泛意义的约束关系，并对Udwadia-Kalaba方程进行了改进。仿真结果证明了提出方法的有效性。
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  基于被动行走原理的无动力外骨骼结构设计

  李刚, 陈伟, 宋振东

  机械传动. 2020, 44(1): 99-108. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.017

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  基于被动行走原理，建立了被动两杆行走模型，推导了系统动力学方程并进行了数值求解。在此基础上，设计了4种能量转化模块及被动助力关节。结合人体工程学，设计了无动力外骨骼结构并进行了运动学仿真。利用理论研究成果，加工了原理样机，进行了相关测试及实验。
试验分析
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  RV减速器摆线轮齿廓修形润滑性能分析

  王君, 陈智龙, 程群超, 李文涛, 汪泉, 赵大兴

  机械传动. 2020, 44(1): 109-116. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.018

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  考虑润滑脂的压黏特性及热效应，建立摆线轮齿与针齿之间的线接触脂润滑热弹流数值模型，求得该模型的完整数值解，得到了脂膜压力分布、温升分布及脂膜形状；结合摆线轮齿廓，分析了修形方式及修形量对脂膜压力、脂膜形状、脂膜温升和摩擦损失功率的影响。结果表明，随着修形齿廓与摆线轮理论齿廓径向间隙的增大，摩擦损失功率增加，最小脂膜厚度先增加后减小；在修形齿廓与摆线轮理论齿廓同一径向间隙的条件下，反弓齿廓修形方式的润滑性能最好，正等距加正移距的组合修形方式次之，负等距加负移距的组合修形方式润滑性能最差。研究结果为考虑润滑性时RV减速器摆线轮齿廓修形提供了一种新的方法。
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  2K-H型风电斜齿行星轮系疲劳特性分析

  苏明明, 穆塔里夫·阿赫迈德, 陶兴伟

  机械传动. 2020, 44(1): 117-121. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.019

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  为了准确评估风力发电机行星轮系在实际工况下的疲劳寿命，以1.5 MW风机2K-H斜齿行星轮系为研究对象，通过建立精确的三维几何模型，采用HyperMesh有限元六面体网格和瞬态动力学分析，得到行星轮系啮合的应力历程及应力结构响应，并结合nCode DesignLife进行疲劳分析。结果表明，行星轮系在啮合过程中会出现偏载现象，应力集中在太阳轮与行星轮接触处；疲劳破坏集中在行星轮与齿圈接触处；齿面粗糙度在1~2 μm范围时，疲劳寿命随着粗糙度的增加而降低。
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  汽车多楔带摩擦噪声机理分析与试验研究

  唐武生, 宁凯, 史尧臣, 于雪莲

  机械传动. 2020, 44(1): 122-124,149. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.020

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  针对汽车多楔带传动时噪声的特性与变化规律，通过分析多楔带噪声产生的机理，建立了摩擦振动的理论模型，推导出多楔带传动系统的不稳定条件，并在设计的振动和噪声测试试验台上进行了多楔带传动振动和噪声试验研究。结果表明，带段张力的波动导致了多楔带的低频振动噪声，带与带轮间的黏滑摩擦引起了高频摩擦噪声。
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  永磁涡流柔性传动装置的参数敏感度分析

  时统宇

  机械传动. 2020, 44(1): 125-131. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.021

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  为研究永磁涡流柔性传动装置的各个参数对于多种性能目标的影响作用，建立了较为精确的解析模型，采用分离变量法计算了不同参数下永磁涡流柔性传动装置的输出性能，并使用ANSOFT仿真验证了永磁涡流柔性传动装置的模型准确性；分析了不同参数对于多种优化目标的参数敏感度，确定了多目标优化设计的主要参数。结果表明，建立的永磁涡流柔性传动装置解析模型具有很好的准确性，各参数对于不同优化目标的影响作用的比较对于前期设计和后期优化具有指导作用。
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  外啮合齿轮式机油泵流量脉动特性及影响因素分析

  沈良翼, 瞿磊, 申彪

  机械传动. 2020, 44(1): 132-136. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.022

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  采用机油泵台架试验，分析了泵出压力对外啮合齿轮式机油泵流量脉动特性的影响，结果表明，机油泵的流量脉动系数随泵出压力的增加而减小。运用理论推导和模拟相结合的方法，考察了机油泵的异齿数、模数、压力角及端面间隙等参数对流量脉动的影响。分析表明，模数对机油泵的流量脉动无影响，压力角、异齿数和端面间隙是影响机油泵流量脉动的主要因素；随压力角的增大，流量脉动系数呈逐渐减小趋势。主动轮与从动轮齿数的增加，都有利于减小流量脉动系数，改善机油泵的流量脉动现象，其中，主动轮齿数对流量脉动的影响较大。机油泵的流量脉动系数随端面间隙的增大而有所减小。
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  安装误差下径向永磁联轴器振动特性分析

  田杰, 徐严磊

  机械传动. 2020, 44(1): 137-142. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.023

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  径向永磁联轴器具有传递效率高、绿色环保及易于装配的传动特点，但由于其主、从动转子的不连接性，导致在制造安装过程中易产生安装误差，影响结构的稳定性进而会出现径向轴心大幅度振动的问题。由于内部磁场力表达式较为复杂，利用分析力学求解运动方程难以实现，为此，利用耗散系统的拉格朗日方程从能量的角度建立其动力学方程，根据实际参数利用Matlab对其进行求解，得到系统随误差值变化的分叉图和不同误差值下的位移响应图，得到系统稳定传动的安装精度；同时，也验证了所建立动力学模型的可行性。
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  基于变分模态分解与快速谱峭图的齿轮箱滚动轴承故障特征提取

  迭旭鹏, 康建设, 池阔

  机械传动. 2020, 44(1): 143-149. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.024

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  针对齿轮箱的滚动轴承故障信号因噪声干扰，难以进行有效提取的问题，提出了基于变分模态分解与快速谱峭图相结合的轴承故障特征提取方法。首先，利用变分模态分解（VariationalMode Decomposition，VMD）将振动信号分解成若干个本征模态分量（Intrinsic Mode Function，IMF），通过相关峭度计算选取故障信息最突出的分量信号；然后，利用快速谱峭图自适应地确定带通滤波；最后，对滤波后的信号进行平方包络谱分析，提取出故障信息。通过公开数据分析和齿轮箱轴承故障实验，证明了该方法的有效性和可行性。
开发应用
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  基于啮合变异的Hy-Vo齿形链变位系数新算法

  安立持, 程亚兵, 高旺, 李阳, 李新月

  机械传动. 2020, 44(1): 150-155,162. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.025

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  基于精准的数学建模，分别构建了Hy-Vo齿形链链板-链轮啮合模型以及滚刀-链轮啮合模型，通过构造辅助链板，提出了一种基于啮合变异的Hy-Vo齿形链渐开线链轮变位系数的新算法。基于实例，计算了不同算法下的变位系数。基于链轮的范成法模拟加工技术，得到了不同算法下的实际加工链轮。通过测量不同半径下的齿宽，分析了不同算法下的实际齿形与设计齿形的齿形偏差。基于多体动力学仿真，分析了基于不同变位系数算法下的Hy-Vo齿形链传动系统的啮合特性。结果证明，这种Hy-Vo齿形链变位系数新算法可以有效降低Hy-Vo齿形链传动系统实际性能与理想性能之间的误差，不仅计算结果更加精准，并且适用于任何滚刀齿形角与链轮压力角变异组合。
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  直升机减速器干运转能力设计与分析

  宋武生, 杨长盛

  机械传动. 2020, 44(1): 156-162. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.026

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  通过对国内外直升机减速器干运转试验结论的分析，从齿轮、轴承、机匣、润滑系统、润滑介质等方面出发，研究减速器干运转能力设计与分析方法，指导减速器设计阶段各零部件的详细设计。分析了干运转试验方法，通过设计实例的干运转试验，验证了该方法的可行性，改变了过去只能依赖物理样机试验结果进行优化设计的被动局面，对以往干运转试验得出指导性意见进行正向设计完善。
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  椭圆弧凸转子的型线构造及进一步高形技术

  杨向莙, 孙付春

  机械传动. 2020, 44(1): 163-167. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.027

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  为提升罗茨泵的有效容积率，从高产与低漏两个角度，提出椭圆弧基础转子和高形转子的型线构建方法。基于椭圆方程和共轭原理及共轭临界条件，计算出椭圆弧的最佳轴长比和基础转子的最大形状系数；以从转子的顶角点恰好避开主转子的共轭工作段终点，计算出高形转子在给定顶圆角下的最大形状系数；并与特例的圆弧转子作高形方面的成果比较。结果表明，该椭圆弧基础转子和高形转子的型线构建方法在高产和防漏效果两方面都有显著提升，是解决罗茨泵椭圆弧的最佳轴长比和最大形状系数的根本性问题。
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  基于六西格玛试验设计优化成形磨齿工艺试验研究

  刘李军, 张育丹, 常智鹏

  机械传动. 2020, 44(1): 168-170. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.028

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  运用六西格玛质量工具中DOE（Design of Experiment试验设计）进行试验，研究影响磨削烧伤中的显著性特征因子，拟合出最优磨削工艺参数。结果表明，对粗磨和精磨进行模拟仿真得出最优的磨削参数，进行实验加工，有效控制了成形磨齿磨削烧伤率，为企业降本增效提供依据。
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  基于改进LMD与BP神经网络的变速箱故障诊断

  何雷, 刘溯奇, 蒋婷, 黄志杰

  机械传动. 2020, 44(1): 171-176. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.01.029

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  针对军用装甲车变速箱工作环境恶劣、故障模式难以识别的问题，在现有方法基础上，将噪声辅助分析方法、局部均值分解（LMD）方法和BP神经网络方法相结合，应用于装甲车变速箱故障诊断中。首先，在自行搭建的实验台上采集变速箱正常、轴承间隙故障、外环压痕、齿轮断齿4种典型状态下的振动信号；然后，采用噪声辅助LMD方法对信号进行分解，将信号前8个PF分量进行能量特征值提取，将提取的特征值作为BP神经网络的输入量，根据输出结果识别变速箱的故障类型。结果表明，该方法能有效应用于军用装甲车变速箱故障诊断，诊断正确率达到92.5%。研究为其他特种变速箱诊断提供了一种有效的参考途径，有一定工程实用价值。