机械传动

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唐润智, 李铁军, 杨冬

机械传动. 2020, 44(7): 1-9. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.001

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针对关节型机械臂普遍具有负载自重比低的问题，提出了两种提高机械臂承载能力的轨迹规划方法。第一种为轨迹生成法，将运动过程分段，借助正确的动力学模型选取每段运动过程中的关节加速度值，然后，将所有的加速度值进行组合，生成一组力矩平滑的运动轨迹，避免了运动过程中出现过大的关节力矩峰值。第二种为轨迹优化法，预先选取一种标准预定义运动曲线作为运动轨迹，使用遗传算法优化运动曲线的参数，将机械臂的关节力矩峰值降到最低，同样避免了出现过大的关节力矩峰值。经过Adams仿真发现，相比于其他常用的各种轨迹规划方法，这两种方法明显提高了机械臂的承载能力。最后，通过实验，验证了所述方法的正确性与有效性。

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剥落形状对齿轮啮合刚度及动力学特性的影响

涂旭欣, 简晓春, 吴胜利

机械传动. 2020, 44(7): 10-18. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.002

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传统的剥落齿故障研究主要探讨剥落齿在不同剥落深度和不同剥落宽度的情况下齿轮刚度变化，具有较大的局限。针对此问题，对剥落形状、剥落形状分布对齿轮刚度和动力学的影响进行了研究。首先，取剥落图形在分度圆上，在此条件下取不同剥落图形。然后，在传统势能法基础上，考虑齿轮啮合位置变化时剥落宽度变化，以此为基础求出不同剥落图形的刚度变化曲线；再结合动力学变化，对于不同故障振动加速度信号进行分析，说明剥落形状因素影响齿轮相关指标，使得剥落齿轮与正常齿轮难以判别，指标相互混叠。提出使用概率密度函数与峭度值相结合的方法，利用概率密度函数曲线判断齿轮故障状态。发现此种方法可以有效抵消形状因素对于指标的干扰，具备较高可行性及判别能力。

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冗余约束绳驱并联机器人的位姿正解

陶冶, 张尚盈, 王彦伟

机械传动. 2020, 44(7): 19-23. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.003

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提出一种基于Levenberg-Marquardt方法求解并联机器人的位姿正解算法。建立一种冗余约束的绳驱并联机器人运动学模型，将机构参数化以求解位姿反解问题。建立非线性正解方程组，取末端执行器的原始位姿作为迭代初值，运用所提出的算法求解位姿正解。利用Matlab/Simulink/xPC工具进行仿真实验，选取复杂的周期性圆曲线作为并联机器人的运动轨迹，进行实时仿真；经验证，该算法可完成精确的位姿正解运算，实现平稳的运动轨迹，具有良好的实时性。选取5种位姿组合，验证该算法的高效性，验算结果表明，该算法迭代次数少、运算时间短、求解精度高，为实现并联机器人的实时监测和复杂控制策略提供了一定的理论指导。

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插电式桥间耦合混合动力汽车能量管理策略及其优化

杜常清, 何彪, 曹锡良, 王华武, 任卫群

机械传动. 2020, 44(7): 24-30. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.004

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为了提高某插电式桥间耦合混合动力汽车的能耗经济性，制定了一种基于系统效率最优的发动机启动策略，并引入发动机启动功率修正因子和启动车速限值。利用粒子群算法对发动机启动功率修正因子、启动车速以及能量管理控制规则的关键参数进行离线优化。在AMESim-Simulink联合仿真平台下搭建整车模型及控制策略模型进行仿真验证。结果表明，与未优化的能量管理策略相比，优化后控制策略的能耗经济型得到了明显提升，整车综合能耗降低了12.6%。

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RV减速器摆线针轮传动多体动力学研究

郑鹏, 刘晓超, 赵文辉, 梁全, 郭光雨, 孙瑞

机械传动. 2020, 44(7): 31-35. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.005

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摆线针轮啮合传动部分是RV减速器的关键结构之一，基于多体动力学构建虚拟样机进行仿真分析是研究RV减速器动态特性的常用方法。在不同载荷和不同工作环境下，基于多刚体动力学对RV减速器进行了仿真分析，仿真结果直观显示了不同工作环境下摆线针齿啮合特性变化情况。采用刚柔耦合技术，提取连续节点应力变化曲线进行分析，确定了啮合时最大接触力的位置和大小，为后续对修形方式的研究和改进提供了理论基础。

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高速齿轮传动可倾瓦轴承预负荷系数影响研究

杨林杰, 曹志刚, 王敬元, 刘春波, 王志敏

机械传动. 2020, 44(7): 36-40. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.006

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可倾瓦轴承因其稳定可靠的特点被广泛应用于现代工业，相关研究也蓬勃发展起来，但目前关于可倾瓦轴承预负荷系数的研究主要集中在低转速领域。以DyRoBeS软件为研究工具，取普遍使用的5块瓦可倾瓦轴承作为研究对象，分析在20 000 r/min、40 000 r/min、60 000 r/min的高转速工况下，预负荷系数对可倾瓦轴承工作性能的影响，为高速齿轮传动中可倾瓦的设计应用提供理论依据。预负荷系数从0.1增加至0.7的过程中，对功率损失影响不大，使最大油膜压力与刚度系数增加，最小油膜厚度与阻尼系数减小。预负荷系数的混合设置会影响各瓦块压力分布，同时使最小油膜厚度以外的轴承性能参数明显增加。所得结论对高转速可倾瓦轴承的优化设计起到积极的作用。

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基于MSCNN与STFT的滚动轴承故障诊断研究

邢蓉, 高丙朋, 侯培浩, 朱俊栋

机械传动. 2020, 44(7): 41-45,58. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.007

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针对现有基于CNN（Convolution Neural Network）的滚动轴承故障诊断方法难以有效挖掘和利用数据中包含的多尺度信息问题，提出了一种多尺度卷积特征融合的滚动轴承故障诊断方法。加入上采样层，通过递归方式建立具有多尺度特征提取和融合能力的卷积神经网络MSCNN（MultiScale Convolution Neural Network）结构，提升模型对输入信号的理解能力。利用美国凯斯西储大学（CWRU）数据库对所提方法的有效性进行验证，采用短时傅里叶变换对滚动轴承信号进行频谱分析，将频谱样本输入到MSCNN网络中，数据分析表明，该方法能有效地提升故障的诊断精度。

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基于二次变异的齿形链内侧齿廓优化设计

安立持, 程亚兵, 李阳, 李新月, 高旺

机械传动. 2020, 44(7): 46-51. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.008

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提出齿形链当量链板的概念，分析了内-外复合啮合齿形链与渐开线链轮的啮合关系；指出与链轮渐开线齿廓啮合的链板内侧齿廓的正确形式，提出了一种基于二次变异的齿形链链板内侧齿廓优化设计方法；建立齿形链传动系统的多体动力学模型，对比分析了基于不同设计方法的齿形链传动系统。仿真结果表明，基于二次变异的内-外复合啮合齿形链内侧齿廓优化设计，可以显著减小齿形链传动系统的多边形效应以及啮合冲击。

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电磁直驱变速器优化设计与可行性分析

于潇, 葛文庆, 李波, 谭草, 姜晓涵

机械传动. 2020, 44(7): 52-58. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.009

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提出一种针对电动汽车中集成电磁直线驱动装置的电磁直驱变速器DAMT（Direct-DrivingAutomated Mechanical Transmission），利用仿真与实验分析其换挡性能。该变速器联合了直驱技术与机械变速器的优势，利用电磁直线驱动装置直接驱动两挡一体式接合套完成换挡。以换挡力与换挡力衰减率为目标，通过退火粒子群-有限元算法对换挡执行机构参数优化；研究电磁直驱变速器换挡机理对换挡过程分阶段建模仿真；搭建DAMT样机与试验台，进行了典型工况换挡实验。实验结果表明，电磁直驱变速器在转速差220 r/min、被同步端转动惯量0.04 kg·m2工况下换挡时间为148 ms，同步时间为109 ms。实验结果验证了建模的准确性和电磁直驱变速器的可行性。

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索杆混合驱动并联机构设计与工作空间分析

高征, 翟景帅, 张佳涵, 李亚杰

机械传动. 2020, 44(7): 59-65. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.010

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提出一种新型索杆混合驱动并联机构，在SolidWorks中构建整体装置模型。利用空间向量分析法推导了该机构的运动学逆解模型；分析了并联平台静止状态下受力平衡关系，建立静力学平衡方程，并在此基础上讨论了机构可控工作空间的求解方法；在给定机构运动副的约束条件下，对动平台姿态可控工作空间进行数值仿真，得到仿真图像。搭建索杆混合驱动并联机构试验平台，进行末端动平台位姿变换试验。试验结果与运动学模型和工作空间数值仿真图像对比，结果表明，动平台位姿与柔索长度的关系满足运动学反解模型，末端动平台姿态可实现工作空间仿真图像中最大姿态偏转角度。研究工作为后续机构的实际应用和性能优化奠定了一定的理论基础。

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2（2-UPR+RPU）串并混联机构的位置和工作空间分析

任鑫, 薄瑞峰, 武小惟, 李瑞琴

机械传动. 2020, 44(7): 66-70. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.011

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针对目前快递行业所使用的并联机构运动空间较小、应用范围有限的问题，结合串联机构工作空间大、运动灵活等优点，基于2-UPR+RPU少自由度并联机构，提出一种2（2-UPR+RPU）串并联形式的混联机构，并对其进行位置逆解和工作空间分析，以期能够在工业生产中得以应用。首先，在SolidWorks中对该混联机构建模，利用螺旋理论进行分析，得到其自由度；接着，应用连续法求解机构的位置反解；最后，运用CAD变量几何法在SolidWorks进行运动模拟并得到加工点轨迹数据，借助Matlab软件求出其工作空间。2（2-UPR+RPU）混联机构的工作空间范围较之单层并联机构增大很多，形状规则，呈对称分布。2（2-UPR+RPU）混联机构同时兼有串联机构的灵活性和并联机构的高刚度和精度，通过相应的程序控制，可以代替人工工作。

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一种含有闭环支链的5-DOF并联机械臂的动力学建模与分析

张典范, 张兴超, 禹进, 戴士杰, 张仕军

机械传动. 2020, 44(7): 71-79. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.012

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提出一种双闭环5-DOF机械臂，该机械臂在（（2-UPS）+U）PU构型的基础上增加闭环结构，得到新的拓扑构型2-UPS+（（2-UPS）+U）PU，闭环结构的引入使得机构获得更高的承载能力且为拓扑新的构型提供了新思路。应用矢量链法，建立了机构的位置模型；推导了支链驱动速度、支链摆动角速度与运动平台广义速度V_o的映射，建立了机构的独立变量q与运动平台广义速度V_o之间的解耦矩阵；建立了机构支链中的摆动杆、伸缩杆质心速度与运动平台广义速度V_o之间映射，并基于虚功原理建立了机构的动力学模型，将推导的动力学模型变换成具有Lagrange动力学形式的动力学模型；在Adams仿真软件中建立该机构的虚拟样机模型，通过仿真验证了推导的动力学模型的正确性。

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非正交弧线齿面齿轮齿面设计及可视化

冯占荣, 陈勇, 盛伟, 王利霞, 王文轩, 赵玉龙

机械传动. 2020, 44(7): 80-83,101. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.013

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设计了一种新型非正交弧线齿面齿轮，其以弧线齿圆柱齿轮为假想刀具，包络展成面齿轮工作齿面及过渡曲面，并在Matlab中得到面齿轮的数学模型，推导出非正交弧线齿面齿轮全齿面齿面方程，并通过Matlab编程实现了齿面可视化，为后续对非正交弧线齿面齿轮的研究奠定了理论基础。

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飞行器电动舵机传动装置结构设计

王力, 盛志晓, 曹蕾

机械传动. 2020, 44(7): 84-88. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.014

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传统机型的电动舵机传动装置采用圆柱齿轮传动，存在质量大、空间结构复杂及传动级数较多等诸多问题，因此，传动效率较低。针对上述问题，运用谐波齿轮传动代替圆柱齿轮传动，确定装置的总体方案、零部件结构。利用Creo软件建立传动装置三维实体模型，并经加工制造、安装、试运转，完成原理样机的试制工作。研究结果表明，将谐波齿轮传动应用到电动舵机传动装置的方案可行，为优化电动舵机传动装置的理论研究和实验研究奠定了基础。

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车齿刀具运动偏心误差对车齿精度的影响分析

郭文超, 杨羽, 毛世民, 郭正

机械传动. 2020, 44(7): 89-94. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.015

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车齿刀具运动偏心误差对车齿精度的影响十分明显。通过理论及实验研究的方法，针对车齿过程中刀具运动偏心误差对车齿工件齿形、齿向及齿距误差的影响规律及作用机理展开研究。首先，对车齿工艺方法进行实验研究，针对车齿过程中常见的齿面波纹进行分析，并指出通过减小刀具运动偏心误差可明显改善工件齿面波纹度。然后，基于车齿实验研究，针对刀具运动偏心误差对工件齿向、齿形误差的影响进行理论分析，研究齿面波纹的产生机理及周期特性。最后，基于车齿理论与实验研究，提出可改善工件齿面波纹的车齿刀具齿数的设计方法。

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小口径钻具减速器非对称齿轮接触强度分析

张翔, 周琴, 张凯

机械传动. 2020, 44(7): 95-101. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.016

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小口径减速涡轮钻具在地质钻探领域应用非常广泛，但由于涡轮钻具的径向尺寸严格受限，且减速器部件要求输出的转矩较高，所以，优化减速器齿轮的齿形结构以提升其接触强度具有重要的工程意义。以φ127 mm涡轮钻具减速器中的太阳轮和行星轮为研究对象，基于赫兹接触理论，得到压力角、曲率半径是影响齿轮接触应力的重要参数；深入研究了不同工作侧压力角下，非对称齿轮的接触应力变化规律。结合有限元分析，得到了齿轮副在不同参数下的接触应力分布，并对非对称齿轮进行压力角优化。研究结果表明，增大工作侧压力角能够增大接触曲率半径，从而降低齿轮的接触应力；随着齿轮工作侧压力角的增大，齿轮的接触应力降低了23%，输出转矩提高了40%；该型号减速器非对称齿轮的工作侧压力角宜在20°~30°范围内选择。

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平面正弦钢球传动机构扭振动力学及灵敏度分析

宁林飞, 张思, 李美求, 罗竞波, 石应华

机械传动. 2020, 44(7): 102-106. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.017

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随着平面正弦钢球活齿传动在各行业的广泛应用，其动态特性和振动问题的研究也显得极为重要。针对平面正弦钢球传动机构的扭转振动模型及其固有特性，采用集中参数法建立了5自由度的扭转振动力学模型。根据无阻尼自由振动方程，计算系统的固有频率和模态振型；采用偏导数法分析系统固有频率对惯量参数和刚度参数的灵敏度，归纳出对系统固有频率影响较为显著的结构参数。通过修改对系统固有频率灵敏度较高的参数，以避免系统与外界激励产生共振，从而提高了系统运行的稳定性。

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基于ANSYS Workbench的某型车载雷达回转支承接触疲劳寿命研究

胡剑, 赵鹏飞, 李刚炎, 孙启鹏

机械传动. 2020, 44(7): 107-112. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.018

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针对某型车载雷达作动装置中回转支承的失效问题，根据回转支承结构特征和使用工况，研究其使用寿命，得到了一种基于有限元方法的回转支承寿命预测方法。利用ANSYS Workbench对简化后的回转支承三维模型进行分析，得到回转支承内、外圈滚道和滚动体的接触应力以及其疲劳寿命，提高了计算效率。将有限元方法计算结果与基于Hertz接触理论的计算结果以及实际工作情况进行比较，验证了有限元方法的准确性。

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3UPS-PU并联机构的运动学误差建模与验证

王娜, 张涛, 王秋红

机械传动. 2020, 44(7): 113-118. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.019

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以探月工程采样封装专项实验平台3UPS-PU并联机构为研究对象，利用矩阵微分方法构建了机构的误差分析模型，结合体积误差和位姿误差中的单一元素，从宏观、微观两个方面分别验证了误差分析模型的正确性。运用误差分析模型对机构的单项误差进行分析，得到影响机构的主要误差因素，从而使并联机构在选取合适的零部件制造公差和装配等级方面有据可依。解决了3UPSPU并联机构误差分析相关的一系列问题，为机构的补偿提供可靠依据，同时，该方法也适用于类似机构的研究与分析。

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风电齿轮箱平行级轮齿失效分析研究

赵登利, 杨扩岭, 董营

机械传动. 2020, 44(7): 119-123,176. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.020

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针对风电机组齿轮箱高速中间齿轮轴下风向侧轮齿失效问题，利用鱼骨分析方法对设计、制造、材料、装配和运行维护等方面原因进行分析，并基于仿真分析和试验研究的方法，确定齿轮失效是由于齿轮箱装配过程缺少对下风向轴承压紧量的控制，导致轴承游隙过大，引起轴上齿轮偏载。

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超大规格链条耐磨试验台的研制

史京碧, 王顺功, 赵游鹍, 王魁, 刘毅

机械传动. 2020, 44(7): 124-127. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.021

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56B以上超大规格链条，其功率曲线在ISO和GB等相关标准中缺失，对其基本性能参数缺乏试验验证，为填补超大规格链条的试验空白，建立封闭力流式超大规格链条耐磨试验机。介绍其基本构成、技术参数和适用范围，该试验台可以为56B及其以上的超大规格链条在压力喷油润滑的工况下试验验证耐磨性、承载能力及不同载荷转速下链条的基本特性，为超大规格链条开发使用提供技术数据。

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汽车差速器试验台的研究与性能试验分析

陶泽南, 贾巨民, 许爱芬

机械传动. 2020, 44(7): 128-133. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.022

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差速器的性能对整车通过性和操纵性具有重要影响。为测定差速器的锁紧系数，研制了差速器试验专用台架，提出一种新的锁紧系数试验方法，即按照直线行驶、低速转弯行驶、高速转弯行驶3种工况下测定锁紧系数。试验结果表明，该差速器的锁紧系数与理论值一致，试验结果准确、可靠，较好地完成了差速器的性能检测。

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直齿锥齿轮接触区修正与控制技术

李玉帆, 南博儒, 高斌

机械传动. 2020, 44(7): 134-139. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.023

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GB/T 11365-2019中规定锥齿轮的接触斑点由供需双方商定，且接触斑点与齿轮精度等级没有直接关系。而在大型客机高升力直齿锥齿轮副的研制中，按ANSI/AGMA 2009-B01标准设计的直齿锥齿轮副，图样中明确标注了接触斑点的形状、位置、大小、边界状态等信息，对锥齿轮的制造过程控制也有一定的要求，研制的直齿锥齿轮可实现齿轮箱任意工作载荷下良好的接触状态，还能实现齿轮副中的大、小轮的各自互换性，并为此提出了标准齿轮和控制齿轮的概念。基于此，从铣齿加工工艺、齿坯、夹具、刀具、程序、接触区修正技术、热处理变形控制等方面阐述了高精度直齿锥齿轮加工的前沿技术。

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弧齿圆柱齿轮研究现状综述

张学刚, 梁政

机械传动. 2020, 44(7): 140-150. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.024

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弧齿圆柱齿轮是一种没有完全市场化的平行轴传动齿轮，该类齿轮的轮齿沿齿宽方向呈圆弧曲线，具有无轴向力、润滑性能好等特点。通过查阅大量文献，对弧齿圆柱齿轮的研究现状进行详细分析，主要从工艺与加工方法、齿面建模方法、接触特性等几个方面进行了阐述，并基于现有研究状况对弧齿圆柱齿轮今后的研究方向提出了一些建议。

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谐波减速器研究现状及问题研究

向珍琳, 李霆, 杨林, 尚应荣

机械传动. 2020, 44(7): 151-162. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.025

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简要回顾了近年谐波减速器的发展与应用现状。着重阐述轮齿齿形的发展及当前主流厂商应用的齿形以及影响减速器寿命的主要因素。在传统齿形方面，齿形经历了从直线齿形到圆弧齿形，再到双圆弧齿形的发展阶段，分析了各阶段齿形的啮合特性及疲劳寿命，当前产品化的代表齿形有“S”齿形、“P”齿形、“δ”齿形等。近年来柔轮筒体的薄壁和长寿命是研究的重点，大量研究集中在筒体、轮齿、波发生器等应力研究。在此基础上，对谐波减速器未来应关注的研究方向给出建议，包括齿形的研究、材料微观结构的分析、加工工艺的研究、理论体系的建立、固有频率波动大的问题、齿间啮合力的精确分析和计算、传动精度的影响因素等。

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我国陆用燃气轮机齿轮箱发展及关键技术研究现状

袁光前, 李金库, 胡云波

机械传动. 2020, 44(7): 163-170. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.026

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燃气轮机是一种功率大、效率高、体积小、寿命长的新一代清洁能源动力装置。燃气轮机齿轮箱是将燃气轮机输出功率减速增扭后传递给工作机的装置，是燃气轮机机组的关键配套系统之一。阐述了燃气轮机和燃气轮机齿轮箱的国内外发展现状，分析并列举了燃气轮机齿轮箱的典型结构及各自的优缺点。综述了传动系统动力学研究、行星轮均载技术、齿轮修形技术等燃气轮机齿轮箱研制关键技术及研究现状，指出了燃气轮机齿轮箱的发展趋势及需要进一步研究的问题。

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渐开线花键测量方法研究

陆秋龙, 王云祥

机械传动. 2020, 44(7): 171-176. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.07.027

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简要回顾了渐开线花键的研究历史和现状，较完整地介绍了近年来渐开线花键技术新的发展和应用。主要包括渐开线花键的设计及开发阶段的研究，对花键的参照标准的选取，花键的相关计算优化及测量，以及测量用的工装夹具等方面的研究情况，并分享了我们的测量方法。提出了要更新测量设备，提高测量精度；需要共同合作，整合软件标准；实行精确计算，去除换算近似等建议。

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2020年, 第44卷, 第7期　
刊出日期：2020-12-07

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