最新刊期
      2021 年 第 8 期
      本期电子书

        理论研究

      • 蔡威,马尚君,张建新,周勇,陈香,刘更
        2021, 45(8): 1-7. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.001
        摘要：为实现机电作动系统快速起竖，揭示了起竖装置中铰链安装位置、系统输出速度对其输出瞬时功率、输出合力的影响规律，优化研究了机电起竖装置铰链位置及系统输出速度。分别对负载和机电作动系统建立了动力学模型，探究了机电作动系统不同输出速度以及铰链位置与其输出瞬时功率及合力的关系；针对不同铰链安装位置和机电作动系统输出速度，采用遗传算法对其进行了优化分析，得到铰链位置及输出速度最佳匹配关系，提高了起竖装置工作效率，使得整个装置空间布局最优，安装空间最紧凑。  
        关键词：起竖装置;机电作动系统;动力学;优化设计   
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        发布时间：2022-11-10
      • 单来阳,李政民卿,张红
        2021, 45(8): 8-17. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.002
        摘要：基于集中质量法建立了同轴面齿轮传动系统弯扭耦合动力学模型，研究了输入齿轮浮动量计算方法，修正了系统动力学方程，定义了系统动态均载系数计算方法，通过算例，开展了输入齿轮浮动量对系统均载性能的影响分析。结果表明，输入齿轮浮动量的变化影响系统动态均载性能；两输入齿轮均浮动时，系统动态均载性能最好；某一输入齿轮单独浮动时，系统动态均载性能最差。在同轴面齿轮试验台上开展均载试验研究，验证了某一支撑结构下两输入齿轮均浮动时均载性能的可靠性。  
        关键词：同轴面齿轮;齿轮动力学;浮动量;均载性能   
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        发布时间：2022-11-10
      • 王理邦,董皓
        2021, 45(8): 18-28. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.003
        摘要：建立了考虑时变啮合刚度、恒定间隙、动态间隙、静态传动误差和外部动态激励的人字齿轮副扭转动力学模型，采用增量谐波平衡法分别求解了恒定间隙和动态间隙下系统的频响特性，用Runge-Kutta数值法对计算结果进行验证，分析了时变啮合刚度、阻尼、静态传动误差及外载激励对系统幅频特性的影响。结果表明，系统中不仅存在着主谐波响应，而且存在着超谐波响应；时变啮合刚度、静态传动误差对系统幅频响应有激励作用，阻尼对系统幅频响应有抑制作用，改变外载激励对系统幅频响应状态变化的影响不大；相比于恒定间隙，增加动态间隙幅值能进一步控制齿轮系统的非线性振动。  
        关键词：人字齿轮;间隙;增量谐波平衡法;非线性;频响特性   
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        发布时间：2022-11-10
      • 廖鸿辉,汪旭东,祁岩,柳在鑫
        2021, 45(8): 29-37. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.004
        摘要：基于单滚子包络环面蜗杆传动，修改得到了一种新型蜗杆传动——并列倾斜式双滚子包络环面蜗杆传动。根据单滚子包络蜗杆传动原理以及空间齿轮啮合理论，构建了并列倾斜式双滚子包络环面蜗杆传动的基础数学模型；以建立的数学模型为基础，分析推导了该新型蜗杆传动的基本特性参数——诱导法曲率、润滑角、自转角以及啮合方程、齿面方程等；根据得到的基本特性参数，分析了该新型蜗杆传动的啮合性能。结果表明，该新型蜗杆传动具有良好的啮合性能。  
        关键词：环面蜗杆;啮合理论;双滚子;并列倾斜式   
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        发布时间：2022-11-10
      • 万超,张亢,田泽宇,陈向民,李录平
        2021, 45(8): 38-44. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.005
        摘要：疲劳剥落是轴承的主要失效形式之一，而轴承中滚动体与滚道间接触应力的变化是造成轴承疲劳剥落的重要因素。以角接触球轴承为研究对象，在经典拟静力学模型的基础上，考虑高转速工况下滚动体受惯性力的影响，构建轴承内部几何关系和受力平衡关系式，通过数值方法求解该模型，得到轴承在高转速工况下的特征参数，并将其与相关文献对比，验证了模型的准确性。在此基础上，分别控制轴向力、径向力以及转速，研究轴承在特定工况下接触应力的分布特征及变化情况，得到外载荷和转速的变化与轴承疲劳剥落之间的关系，为减轻轴承的疲劳剥落提供了一定的技术指导。  
        关键词：角接触球轴承;拟静力学模型;接触应力;惯性力;疲劳剥落   
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        发布时间：2022-11-10
      • 李春建,赵俊生,朱桂香,李秀春,张国栋
        2021, 45(8): 45-50. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.006
        摘要：以某型柴油机主轴承为研究对象，计入主轴承表面粗糙度和弹性变形等因素，建立主轴承润滑状态的分析模型，分析了主轴承径向轴颈型线对润滑状态的影响。结果表明，与不考虑径向轴颈型线的计算结果相比，计入径向轴颈型线时，主轴承的最小油膜厚度增加了25.95%，最大油膜压力减小了17.69%，平均摩擦损失减小了6.14%，主轴颈倾斜现象有所改善。随着轴颈表面粗糙度的增加，主轴承的最小油膜厚度增加，最大油膜压力几乎不变，平均摩擦损失增加。  
        关键词：柴油机;主轴承;径向;轴颈型线;润滑状态   
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        发布时间：2022-11-10
      • 王颂,胡明伟,刘爱华,刘旭,潘新安
        2021, 45(8): 51-57. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.007
        摘要：提出了一种有限元和虚拟关节法相结合的协作机器人非线性刚度建模方法，该方法不仅包含连杆和关节模块线性及耦合刚度，还考虑了机器人传动系统非线性刚度、负载作用下雅可比矩阵变化率以及负载和自重引起的位姿变化对机器人刚度非线性的影响。通过有限元子结构法提取机器人各模块的结构刚度矩阵，与传动系统非线性刚度模型相结合，建立机器人各模块的非线性综合刚度模型；采用数值计算方法计算在外力和自重工况下的静力平衡位姿及各模块受力情况；基于虚拟关节法构建机器人的非线性刚度模型，通过非线性有限元仿真验证了该建模方法的正确性。  
        关键词：协作机器人;非线性;刚度建模;子结构法   
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        发布时间：2022-11-10
      • 韩昊桐,何贞志,韩继光
        2021, 45(8): 58-62. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.008
        摘要：心形曲柄是能够生成心形线的行星机构，使用心形曲柄替代导杆机构的驱动曲柄，相当于导杆机构具有一个变化的长度和速度、沿着心形线运动的曲柄，从而改变了导杆的运动特性。提出了心形曲柄导杆间歇运动机构，给出了运动分析、导杆极限位置、导杆摆角等计算方法，研究了按照导杆摆角设计近似间歇运动机构的设计方法，计算了导杆的最小长度，讨论了中心距对机构运动性能的影响。采用最小二乘法进行了机构参数逼近。  
        关键词：间歇机构;导杆机构;运动分析;机构综合;心形曲柄机构   
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        发布时间：2022-11-10

        设计计算

      • 芦风林,张彦斌,王科明,魏雪敏
        2021, 45(8): 63-69. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.009
        摘要：针对并联机构的强耦合性问题，提出了一种新型无耦合两移动并联机构，包含3条分支运动链，其中，第一条和第二条分支运动链结构相同，均为RURR型结构，第三条分支运动链为由3个轴线平行的转动副组成，且其为纯约束分支。基于螺旋理论分析了机构的自由度和输出特性；利用驱动力螺旋和封闭环矢量法建立了机构运动学模型，推导出机构的位置、速度和加速度方程；详细讨论了机构的奇异性，得出机构的奇异位形；应用Matlab和Adams软件进行运动学仿真，仿真结果验证了理论分析的正确性。  
        关键词：并联机构;运动学分析;无耦合;奇异性;仿真   
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        发布时间：2022-11-10
      • 刘永平,付兴文,魏永峭,李大伟
        2021, 45(8): 70-75. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.010
        摘要：非圆齿轮行星轮系是非圆齿轮液压电动机的核心部件，其节曲线设计是整体结构设计的关键。针对4~6阶非圆齿轮行星轮系节曲线的参数不唯一、设计困难等问题，基于4~6阶非圆齿轮行星轮系节曲线的设计方法，选取偏心率作为控制参数，设计出不同非圆齿轮行星轮系的节曲线；对比分析了偏心率对非圆齿轮行星轮系运动特性的影响。结果表明，非圆齿轮行星轮系在传动过程中，行星轮中心加速度和行星轮角加速度均会出现突变，突变的位置均在内齿圈向径最大位置处，且随着节曲线偏心率的增大，行星轮中心加速度和行星轮角加速度的突变值均为增加趋势。  
        关键词：非圆齿轮行星轮系;节曲线;偏心率;运动学特性   
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        发布时间：2022-11-10
      • 丛佩超,刘俊杰,冯新杰
        2021, 45(8): 76-83. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.011
        摘要：针对当前变形轮式移动机器人的变形轮姿态调节、下台阶缓冲等问题，基于机械自锁原理，设计了一款新颖的变形轮式移动机器人。借助“推杆”与“平面螺旋副”间的自锁作用，设置升降式万向轮机构，有效地解决了变形轮“轮片回缩现象”，优化了系统的机构控制。该机器人具备可升降的万向轮机构，可有效保证系统的越障能力，降低下台阶过程中的冲击作用。通过对轮子半径、中心距等关键结构尺寸进行设计，提高了机器人的越障稳定性。仿真分析验证了设计方案的有效性。  
        关键词：变形轮;移动机器人;轮片回缩;越障能力   
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        发布时间：2022-11-10
      • 宫涛,李耀平,刘福华
        2021, 45(8): 84-89. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.012
        摘要：分析了通用公司GF9自动变速器（9AT）的各挡动力传递路线；建立了各行星齿轮排的运动方程式。利用各挡位工作执行元件的不同，建立约束条件；通过联立方程组，求解出各挡传动比公式。通过各挡的传动比值计算，验证了传动比公式的正确性。  
        关键词：9速自动变速器;行星齿轮;运动方程;传动比   
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        发布时间：2022-11-10
      • 孙翰林,侯宇
        2021, 45(8): 90-96. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.013
        摘要：针对机器人末端执行器机械手多功能化的需求，提出了一种多模式抓取欠驱动手。该机械手基于欠驱动理论，解决了传统复合欠驱动手存在的结构复杂、控制元件多、适应能力不强等缺点。介绍了多模式抓取欠驱动机械手的结构组成和运动过程，建立了欠驱动手的数学模型；根据几何关系对机械手进行运动分析与适应性分析，并求得机械手抓取的参数范围；在不同的抓取模式下，分别对机械手进行受力分析，利用虚功原理，计算出理论输出力。虚拟样机仿真实验表明，该机械手无需安装受力传感器及复杂的控制系统，可实现平夹和包络两种抓取模式，验证了设计的可行性。  
        关键词：欠驱动机械手;多模式抓取;接触力分析;虚功原理   
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        发布时间：2022-11-10
      • 植美浃,康献民,钟祺彬,余宏志,陈尧
        2021, 45(8): 97-104. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.014
        摘要：结合机器人技术与数控加工技术，设计了一种3自由度高刚度机器人。通过对加工要求的分析，确定了3自由度结构，并进行了多自由度空间的理论分析，确定了结构设计方案；在机器人各轴添加制动器夹紧机械臂上制动盘的结构方案，改善了机器人的末端刚性。  
        关键词：水龙头;3自由度;高刚度   
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      • 李伟霞,张涛
        2021, 45(8): 105-109. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.015
        摘要：提出了一种基于Transmission3D（T3D）的轮齿啮合刚度求解方法，该方法通过建立半有限元/半接触力学模型，保证齿轮副啮合分析的求解精度和效率。利用该方法求解了典型齿轮副的时变啮合刚度和平均啮合刚度，求解结果与ISO 6336—1996标准误差对比仅为2.6%，证明了求解方法的合理性。针对现有标准的不足，基于T3D研究了轴孔半径对啮合刚度的影响规律;结合一般有限元法进行了影响机理分析，在此基础上给出了航空齿轮系统动力学建模和模态分析时的啮合刚度处理方法。  
        关键词：航空齿轮系统;轮齿啮合刚度;T3D;精度和效率;轴孔半径   
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        试验分析

      • 王文远,富荣昌,曹富
        2021, 45(8): 110-117. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.016
        摘要：以人类的构造为原型，基于仿生学的角度，设计了一种下肢单腿7自由度的仿人机器人。通过三维光学动作捕捉系统采集人体正常行走时的运动位置坐标，分析数据，获取人体步态行走时的关节角度及下肢各关节力矩变化规律；建立了下肢7自由度运动学模型并进行逆运动学分析，求解出下肢各关节角度的变化情况，并根据步态规划求解出仿人机器人步行运动过程中下肢各关节转动角度；在UG环境中建立下肢7自由度的仿人机器人三维模型，并利用多体动力学软件Adams进行动力学仿真，结合步态运动规划求解出的角度变化情况对仿真参数进行设置，通过虚拟样机完成仿人机器人的步态行走，并将仿真数据和动作捕捉实验获取的数据结果进行对比。研究结果显示，仿人机器人能够实现稳定的步态行走，确认了整体建模思路、运动学分析以及动力学仿真的准确性。以实验结果为基准，仿真所获得的髋关节和膝关节力矩值相对于实验值的相对误差分别为6.7%和9.6%，均在合理的范围内，为仿人机器人结构设计和电机选型提供了依据。  
        关键词：动作捕捉;仿人机器人;逆运动学;步态规划;运动仿真   
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      • 张邦京,朱姿娜,吴迪,张芮
        2021, 45(8): 118-123. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.017
        摘要：针对一种混合充磁式磁齿轮复合电机的损耗进行了研究，对比分析混合充磁式磁齿轮复合电机和径向充磁式磁齿轮复合电机的磁场和气隙磁通密度及其谐波，得到了不同转速下两种磁齿轮复合电机的铁耗和涡流损耗情况，并对调磁块形状进行了优化。结果表明，与径向充磁式磁齿轮复合电机相比，混合充磁式磁齿轮复合电机铁耗更小，产生的磁场强度更强，内层和中层气隙磁通密度更大，外层径向磁通密度和切向磁通密度的谐波幅值相对较小，有助于减少涡流损耗；优化后的圆形调磁块结构，可以减小复合电机的涡流损耗和铁耗。  
        关键词：混合充磁;复合电机;铁耗;涡流损耗   
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      • 李静,杨宏斌,任继华,徐爱军
        2021, 45(8): 124-129. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.018
        摘要：针对某款扫地机齿轮箱噪声过大的问题，在多体动力学软件RecurDyn中建立齿轮箱动力学模型，得到稳态工况下齿轮副的动态啮合力，分析了啮合力对箱体振动的影响；利用Ansys对箱体进行模态和动态响应分析，显示振动响应峰值主要集中在齿轮啮合频率的基频、倍频、2倍频处，激起了与齿轮副的共振噪声。为避开共振带，在不增加箱体空间的情况下提出优化齿轮几何参数和改进电动机装配处结构的方案，并对优化方案进行了噪声试验。结果表明，优化齿轮几何参数和对电动机装配处加筋的组合方案为最佳方案，整机噪声降低了约8.9 dB。研究对该类产品的优化设计和减振降噪具有一定的研究意义和参考价值。  
        关键词：扫地机齿轮箱;动力学建模;动态响应;优化设计;噪声试验   
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      • 吴鸿雁,陈晓霞,邢静忠
        2021, 45(8): 130-138. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.019
        摘要：为了提高渐开线齿廓谐波齿轮的啮合性能，利用柔轮装配变形的包络精确算法获得了设计截面内共轭齿廓离散点，基于渐开线特征对共轭齿廓离散点拟合，得出刚轮渐开线齿廓。考虑柔轮锥度变形的影响，建立了侧隙优化控制模型，对不同径向位移下柔轮截面的变位系数进行了优化。部分柔轮截面在减小齿廓工作段高的基础上再选择合理变位系数，设计出满足空间啮合要求的渐开线齿廓谐波齿轮，并通过运动仿真分析对设计结果进行了验证。结果表明，相对于设计截面，最大径向位移增大的截面通过减小变位系数可避免干涉，最大径向位移减小的截面通过增大变位系数可获得良好啮合性能；变位系数调整量与该截面至设计截面间的距离成近似线性关系。对最大径向位移减小幅度较大而引起干涉的柔轮后端截面，需减小柔轮齿高并合理改变变位系数，才可获得良好的啮合性能。相比平面齿廓，所设计的空间齿廓能增大啮合区间和齿廓接触面积，较大幅度提升传动性能。  
        关键词：渐开线齿廓;谐波齿轮;空间啮合;参数优化   
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        发布时间：2022-11-10
      • 徐国鑫,贾丙琪,魏笑,毕文龙,张华强,赵彦峻
        2021, 45(8): 139-143. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.020
        摘要：针对医学康复训练设备存在训练方式方法过于单一的问题，设计了一种新型多体位康复训练下肢外骨骼，建立了下肢外骨骼数学模型，进行了运动学仿真及分析。搭建了多位下肢康复外骨骼实验平台，进行了基于实物样机模型的步态行走实验。将仿真数据与实验数据进行对比，表明多体位下肢外骨骼设计的正确性以及合理性。  
        关键词：康复训练;多位外骨骼;仿真分析;样机试验   
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        发布时间：2022-11-10
      • 孙岩,李耸,刘香辰
        2021, 45(8): 144-150. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.021
        摘要：为提高航空导管的加工效率，配合数控弯管机进行直管弯曲加工工作，设计了一种新型三坐标式导管搬运机器人。该机器人在搬运导管的工作过程中，其静刚度与动态特性是影响工作质量与精度的重要因素。针对该三坐标式搬运机器人的特点，利用旋量理论求解出该机器人的雅可比矩阵；利用有限元仿真软件对其进行静刚度分析，找出机器人工作的极限位姿，并对该机器人位姿进行模态仿真分析；结合静刚度映射理论对其进行静刚度辨识试验并求解出其刚度矩阵，进行了模态试验；试验分析结果与仿真结果进行对比，误差均不超过10%，验证了所建立模型的有效性。从而保证了搬运机器人较高的工作质量与连续性。  
        关键词：搬运机器人;旋量理论;静刚度分析;模态分析   
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        发布时间：2022-11-10

        开发应用

      • 田蒙,李天兴,李玉龙,李晋凡
        2021, 45(8): 151-156. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.022
        摘要：摆线轮在齿轮测量中心上检测时采用一维测头采样机理，由于一维测头的敏感方向与齿廓法向误差定义方向不一致，导致误差计算过程繁琐，甚至误差结果不准确，不能真实地反映实际齿廓的加工形状。为此，提出了一种封闭重构方法，将其运用到RV摆线轮误差检测过程中，不仅能够精确获得摆线轮齿廓任一点的加工误差，而且误差结果能够反映齿廓的实际形状。基于封闭曲线重构理论，利用封闭曲线周期性延伸的特点，确定了首末端点节点矢量和首末控制顶点，实现重构齿廓在闭合点处完全封闭连续。在此基础上，建立误差计算模型，计算得到真实齿廓误差。通过实例对比验证了该方法的实用性和有效性，为后续精加工处理提供数据依据。  
        关键词：摆线轮;一维测头;加工误差检测;封闭重构;齿廓误差   
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        发布时间：2022-11-10
      • 张雨潇,邓涛,柳平,吴昌军,甘志涵
        2021, 45(8): 157-164. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.023
        摘要：斜盘动力机械从特种发动机拓展应用到通用动力机械领域须考虑其转速稳定性、动平衡性能和生产制造等多方面的因素。利用一对弧齿锥齿轮的章动运动驱动转缸式斜盘发动机的机体转动的理念，设计了一种新型斜盘发动机，使汽缸盖与气缸之间存在相对角位移，进而实现差速配气。该方案取消了行星齿轮系，减少了动能损耗；同时，采用弧齿锥齿轮代替传统直齿锥齿轮的结构，降低了振动和噪声，优化了配气系统布置。通过SolidWorks建立三维模型并联合Adams平台对其仿真对比分析，结果表明，与传统的转缸式直齿锥齿轮和定缸式直导槽方案相比，该结构方案具有良好的转速稳定性能，且能有效地控制振动。  
        关键词：斜盘发动机;差速配气机构;章动减速机构;设计;仿真   
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        发布时间：2022-11-10
      • 刘晓飞,高兴华,魏亚博
        2021, 45(8): 165-169. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.024
        摘要：为解决人工采摘菠萝劳动强度大、采摘困难、效率低的问题，设计了一种基于曲柄滑块、偏置直动滑杆与多连杆传动式机构的菠萝采摘装置。运用Adams对机构运动进行仿真分析，优化了装置各部件的参数。实物样机经过实际测试，结果表明，装置适用于茎径为3~6 cm的菠萝采摘。试验统计数据表明，该装置单次采摘用时比人工采摘平均减少1.2 s，提高效率26%，同时也验证了装置运动的平稳性以及刀具切割的稳定性。  
        关键词：手持式菠萝采摘;对切采摘机械;复合连杆机构   
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        发布时间：2022-11-10
      • 潘建州,宋爱平,闫创,梅宁
        2021, 45(8): 170-176. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2021.08.025
        摘要：提出了一种能够对蜗杆型面进行快捷准确检测的线激光式非接触测量方法。以线激光位移传感器为主体，构建了蜗杆综合偏差检测平台，能够快捷准确地对蜗杆型面数据进行采集和分析；同时，基于四次最小二乘法构造出所测蜗杆的真实三维模型和方程表达式，并通过与蜗杆的理论模型进行计算比较，可得到蜗杆的多项几何尺寸偏差数据。这种蜗杆型面测量方法快捷、高效，得到的偏差数据准确可靠。  
        关键词：蜗杆型面测量;线激光位移传感器;非接触式测量;蜗杆偏差分析   
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        发布时间：2022-11-10
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