最新刊期
2024年第48卷第6期
- 摘要：为掌握机器人用精密行星摆线减速器主轴承的受力状态，结合减速器的结构特点，建立了同时考虑外部负载与摆线齿轮啮合力的静力学模型，对额定工况下110E型减速器主轴承受力和内部接触状态进行分析，得到符合实际的受力结果；在此基础上，针对精密减速器的高倾覆刚度要求，基于Romax Designer仿真分析软件建立减速器等效模型，分析了主轴承预紧量对倾覆刚度的影响规律。结果表明，主轴承的倾覆刚度随预紧量的增大而增大，同时满足倾覆刚度和疲劳寿命要求的最佳预紧量范围为5~20 μm。研究结果对主轴承安装预紧量的选择具有一定的参考意义。关键词：机器人用精密行星摆线减速器;主轴承;倾覆刚度;预紧量386|128|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：基于车齿刀与面齿轮车齿加工的数理模型，将插齿加工作为理论齿面，建立了车齿加工的齿面偏差模型；采用增量方式，分析了车齿加工参数（偏置距、切深、轴交角、滚比）对齿面精度的影响规律，给出了面齿轮齿面偏差比例修正方法。车齿加工齿面偏差主要集中在4个顶点位置，齿面偏差对滚比修正最为敏感，对偏置距不敏感。采用3参数偏差敏感性矩阵，确定了齿面偏差与加工参数之间的比例关系。通过两次试切，实现了齿面偏差的修正，验证了比例修正方法的可行性。关键词：车齿;面齿轮;加工参数;比例修正59|151|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：尾减速器是直升机传动系统的重要部件，轴承预紧是尾减速器装配的关键环节，直接影响直升机尾旋翼的平稳性、寿命及噪声。根据轴承支撑构型建立预紧螺栓的受力模型，得到螺栓的拧紧力矩及施加在支撑面上的轴向力；基于受力关系建立尾减速器轴承预紧有限元分析模型，根据分析结果提取了锥齿轮副的安装误差，处理得到：弧齿锥齿轮副的齿面间隙随着力矩的增大而减小，印痕位置随着力矩的增大有逐渐向大端移动的趋势；试验结果与有限元计算结果吻合性较强，方法可进一步推广到其他类型减速器中。关键词：减速器;轴承预紧;弧齿锥齿轮;接触印痕;齿隙56|77|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：针对载体仪器设备调姿隔振的双重需求，提出了一种多维调姿隔振平台新构型。在分支中，主动调姿和被动隔振单元以闭环子链的形式融合。被动隔振时，假定电动缸瞬时锁定，采用等效运动旋量描述闭环子链的运动特性，将包含闭环子链的分支等效为串联分支，并以此为基础，推导了机构的1阶、2阶影响系数，形式简洁紧凑，为后续的运动微分方程建立、振动特性分析奠定了基础。基于虚功原理，推导了考虑重力、外力及位姿变化趋势的完整柔度矩阵和方向刚度模型，并结合数值算例分析了方向刚度在不同坐标系中的表现形式，为机构的性能分析提供参考。关键词：调姿隔振;并联机构;旋量;运动学;刚度48|54|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：行星轮系结构紧凑、传动效率高，在工业制造领域中运用广泛；对于具有自锁特性的机构，行星轮系存在广阔的运用空间。基于传动比法分析了3K（Ⅲ）型行星轮系的功率流向及效率公式，通过对该种行星轮系自锁时的效率进行优化处理，改善其运行性能，从而得到提高传动效率后的行星齿轮组反向自锁的传动比设置以及相应的效率大小。首先，利用基本公式求解周转轮系的传动比；其次，针对不同的情况分析周转轮系的功率流向；然后，综合上述条件绘制出效率曲线，并结合实例分析轮系自锁时的传动比状况；最后，通过具体案例验证了该方案的准确性和有效性。该方法能够得出存在反向自锁现象、行星轮系效率最大化时的传动比参数。关键词：周转轮系;自锁;啮合效率;功率流127|147|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：构建了全向机器人在斜坡上运动的受力模型，计算出模型系统函数，分析了载重、坡度θ、惯性等干扰对系统的影响，提出采用Routh判据为该高阶系统稳定条件，用根轨迹主导极点法获得相似2阶系统，观测系统性能指标，获得最优解方案。仿真验证说明，载重K=3.25 kg时，全向机器人在斜坡运动系统自校正效果较好，表明采用Routh判据+主导极点法研究高阶系统的稳定性可行有效，为后续研究变值θ扰动下更高阶系统校正提供了一定参考。关键词：全向机器人;Routh判据;主导极点法;系统稳定性29|75|0发布时间：2024-06-19
理论研究
- 摘要：针对髋关节功能障碍人群，提出了一种新型弱耦合并联髋关节康复机构，该机构与人体下肢组成封闭运动链，使其具有3个转动自由度，且其转动中心与人体髋关节中心重合，可满足髋关节康复运动需求。采用封闭矢量法建立了人-机逆运动学模型；采用数值法建立了人-机正运动学模型；基于模糊控制理论，设计了模糊自适应比例-微分（Proportional-Derivative，PD）控制器，利用跟踪误差及其导数构建控制律，采用模糊算法进行控制参数在线自适应调整。仿真和实验结果表明，设计的模糊自适应PD控制器响应速度快且跟踪效果良好。关键词：并联机构;弱耦合;髋关节康复;轨迹跟踪;模糊自适应46|77|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：针对传统机械臂惯性大、灵活性低和难以在狭小空间作业的问题，设计了一种新型的具有6自由度的丝传动机械臂，并对其正逆运动学等问题进行了研究。对该新型机械臂中的自转关节、平行四边形关节和蛇形关节的运动学特性进行分析，建立了该机械臂的正逆运动学模型；在Matlab环境中进行仿真实验，对所提出的正逆运动学模型进行了位置和姿态的验证。结果表明，所提的运动学模型能够很好地用于该机械臂末端位置控制。最后，利用蒙特卡洛法计算出了机械臂的工作空间。关键词：丝传动机械臂;运动学;仿真分析;工作空间875|269|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：为了解决机械手在水下作业过程中由于施加过大的压力而造成样本的破损、抓取后样本无法保存等问题，设计了一种仿照乌贼进食的水下采样机械手。机械手由两个耦合气缸驱动器驱动；其内部设有偏置叶轮泵，形成低压区，带动水流无接触吸取难采集的样本。建立机械手三维模型，计算机械手运动学方程，用闭环矢量法求解了驱动器与末端执行器之间的函数关系，得到了工作空间和运动轨迹，验证了机械手结构的合理性和可行性。最后，将该机械手装配到水下采样机器人上，仿真试验水下不同角度航行采样时的整体受力情况，为该机械手在今后视觉控制水下采样等方面的研究打下了一定的基础。关键词：水下机械手;仿生;采样机构;运动学分析;工作空间49|41|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：基于现代先进汽车电动助力转向（Electric Power Steering，EPS）系统对转向传动的特殊要求，传动平稳、噪声小、成本低的尼龙斜齿轮钢蜗杆传动得到大量应用，但由于其材料特殊，传统的蜗轮蜗杆设计方法准则并不适用。通过分析尼龙斜齿轮钢蜗杆传动的特殊情况，综合考虑性能、结构、成本等因素，借助Kisssoft软件对给定条件下的斜齿轮蜗杆传动机构的结构参数、安全系数进行了设计分析；按照易加工、不失效、等强度的原则，提出了其合理变位系数的取值及斜齿轮蜗杆各参数的设计方法，并利用Workbench软件对设计出的模型进行了仿真验证。结果表明，优化后的尼龙斜齿轮钢蜗杆传动满足设计要求，综合性能较优。关键词：斜齿轮蜗杆传动;优化设计;变位系数;仿真分析54|93|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：随着电动汽车对电驱动系统噪声、振动与声振粗糙度（Noise
- 摘要：随着当今自然灾难、野外战争的频繁发生，如何能在野外复杂的地形下搜寻目标和运输补给具有重大意义。然而，自然灾难和野外战争的环境恶劣，搜寻目标及运输补给的过程中往往面临野外地形复杂、搜寻难度大、搜寻成本高等系列问题，从而制约着搜寻作业的顺利进行。对此，提出了一种具有爬行、轮式移动、腿足跨越的复杂地形多功能轻型机器人。对其进行了结构设计；结合其设计模型，对其运动的最大步长、最大倾斜角度、升降范围等性能参数进行了计算分析，对其承载能力进行了应力应变仿真；最后，制作工程样机对其性能进行了验证。结果表明，设计的复杂地形多功能轻型机器人可以实现爬行、轮式移动、腿足跨越3种功能，其跨越障碍的最大倾斜角可以达到53°，其穿越障碍的最大高度可以达到4.1 cm。关键词：爬行;轮式移动;腿足跨越;多功能83|91|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：为了充分缓解外啮合齿轮泵/马达困油现象，在确保产品输出能力不变的等排量前提下，分析模数对困油腔内的负荷流量、泄漏流量和卸荷流量的影响，提出了一种等排量大模数的设计方法，并基于这3种流量的瞬时平衡和同齿形参数、不同模数下卸荷面积的演绎计算，计算出困油压力并由此判断出困油现象的缓解程度。结果表明，对于给定的齿轮副和工况条件，等排量下的齿宽系数反比例于模数的3次方，模数越大，困油现象越趋于缓解，且径向力越小，但齿宽系数越小；同齿形参数、不同模数下的卸荷面积等于模数的平方乘基准模数为1下的卸荷面积，从而为同齿形参数、不同模数下的卸荷面积计算，提供了极大方便；卸荷槽外通的进出口压力互为颠倒，导致泵较马达的困油现象更严重，但等排量小模数马达同样也会出现较为严重的困油现象。得出了选择最大化/较大的模数应为泵/马达的设计准则的重要结论。关键词：齿轮泵/马达;困油现象缓解;等排量大模数;齿宽系数;困油压力32|101|0发布时间：2024-06-19
设计计算
- 摘要：高速工况下，高速齿轮传动装置的动态特性对设备的可靠运行有重要影响。建立了高速斜齿轮副模型，在考虑齿轮动态激励的条件下，分析了高速齿轮传动的动态特性，进行了动力学仿真。结果表明，主动齿轮沿轴向移动0.2 mm、绕竖直方向旋转0.15°后，角速度波动幅值分别提高了6.12%、3.46%；接触力波动幅值分别提高了0.58%、4.56%；轴向位移误差对角速度的影响较大，角度误差对接触力的影响较大。加速时间从5 s增加到10 s后，角速度波动幅值降低了10.7%，角速度标准差从6.974 8减少到6.406；接触力波动幅值增大了0.58%。负载从1 000 N·m增大到1 626.75 N·m和2 000 N·m后，角速度标准差从6.974 8分别减小到4.774 75、4.749 45，接触力波动幅值分别增大了4.3%、4.25%。额定载荷在轻载情况下，齿轮传动更加平稳；在重载情况下，角速度和接触力波动差异不明显。关键词：高速齿轮;负载激励;动力学仿真;误差激励59|70|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：在对永磁涡流联轴器进行模态特性研究时，为了提高对联轴器转子系统的固有频率分析计算的准确度，利用传递矩阵法构建了转子的动力学分析模型。将永磁体的磁力统一化为零质量铰链连接，简化了涡流联轴器的磁电作用力，将复杂的研究模型转化为一个机械强度问题，使用Riccati传递矩阵法对完成等效化处理的转子进行模态分析，得到联轴器的固有频率与对应振型。在此基础上，将分析结果与精细三维有限元仿真结果进行了对比。结果表明，该方法能够较准确地对永磁涡流联轴器进行固有频率分析，与高精度仿真模型分析产生的结果误差不超过8%。通过改进计算数据与有限元分析结果进行对比研究，为永磁涡流联轴器的动力学特性研究提供了理论依据。关键词：永磁涡流联轴器;模态分析;传递矩阵法;有限元分析32|64|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：薄辐板齿轮拥有质量轻、结构与受力相匹配等诸多优点，常应用于航空航天等重要场合。然而，薄辐板齿轮本身的刚度较小，工艺过程复杂且涉及应力场、温度场等多个物理场的耦合作用，难以对其进行精确变形及加工精度的控制与预测。以薄辐板齿轮件为研究对象，针对齿轮辐板的热处理及车削加工工艺过程，建立了零件的工艺参数与其应力场间的映射模型，并通过试验验证了该模型的正确性；基于该模型，分析了不同的工艺参数、工艺路线以及零件的装夹方式等对航空薄辐板齿轮辐板的热处理后车削加工变形的影响，明确并优化了导致零件产生变形的主要因素。关键词：多物理场耦合;航空齿轮;薄辐板;车削仿真;变形控制32|84|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：为构建非对称渐开线变位斜齿轮精确模型并分析压力角对其接触应力的影响，根据齿轮啮合原理以及C#对SolidWorks二次开发，建立了从齿条刀具展成非对称渐开线变位斜齿轮的数学模型以及精确的实体模型；同时，采用有限元法分析其齿面接触应力，并与传统公式法计算的对称变位斜齿轮齿面接触应力进行了比较。研究表明，当一侧齿面压力角相同时，非对称变位斜齿轮一侧齿面接触应力与对称变位斜齿轮十分接近，接触应力随压力角变化的增减趋势基本一致，说明了非工作侧齿面压力角的变化对工作侧齿面接触应力的影响并不明显。因此，用来计算对称变位斜齿轮齿面接触应力的传统公式法同样可以近似计算非对称变位斜齿轮的齿面接触应力。该方法可为非对称渐开线变位斜齿轮的设计提供参考。关键词：非对称齿轮;变位齿轮;数学模型;SolidWorks二次开发;接触应力分析29|178|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：为了探究齿轨列车曲线行驶时驱动齿轮与齿条轨道啮合中心距误差和轴线不平行度误差对接触应力分布的影响，基于有限长线接触理论，建立了综合考虑两种误差的齿轮齿条接触应力分析模型；通过与误差条件下的齿轮齿条接触有限元仿真进行对比，证明建立的模型具有良好的计算精度。基于该模型，研究了不同误差水平和综合两类误差作用下的接触应力响应，揭示了两类误差对接触应力分布的影响机理，并据此提出应对措施。研究结果表明，提出的接触应力分析模型能准确反映啮合中心距误差和轴线不平行度误差综合作用下齿轮齿条的接触情况；接触应力水平随啮合中心距误差的增大而增大，接触应力轴向不均匀程度随轴线不平行度误差的增大而增大；啮合中心距误差会加剧轴线不平行度误差引起的轴向接触应力不均匀性，轴线不平行度误差对啮合中心距误差的作用效果有轻微的抑制作用；啮合中心距误差的内在作用机理是减小了相同载荷水平处的承载面积，轴线不平行误差的内在作用机理是曲线内侧的齿轮齿条率先接触，产生了更大的变形；齿轮挖根可消除轴线不平行误差的影响，齿轮螺旋线修形可降低轴线不平行误差的影响。关键词：齿轨列车;有限长线接触理论;齿轮齿条;啮合中心距误差;轴线不平行度误差;齿形优化41|102|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：针对多分支正交柔顺矢量测力系统的设计难题，提出了梁连接单元模拟测力元件的方法；采用该方法建立了测力分支及矢量测力系统的有限元模型，并对6种分支形式和平面布局形式进行了结构特点分析。在此基础上，结合矢量测力系统案例，通过有限元模型进行参数详细设计，最终获得了结构紧凑且耦合较小的方案。对台架的3个载荷分量（轴向力、法向力、俯仰力矩）进行了校准试验，其中，校准的不确定度均在0.5%满量程（Full Scale，FS）左右。针对大载荷矢量测力系统加载精度对校准测量的影响较大的问题，提出了基于载荷与测量比值的性能评估方法，采用该方法，得到设计的矢量测力系统的3个分量的测量重复性在0.4%FS左右，大量程测量滞后性在0.7%FS以内。研究成果对于正交矢量测力系统的结构设计和性能分析具有一定的参考意义。关键词：矢量测力系统;柔顺机构;柔性铰链;挠性件;矢量推力57|96|0发布时间：2024-06-19
试验分析
- 摘要：行星轮轴承是风电齿轮箱的关键部件，因其位置的特殊性和受载的复杂性，在风电齿轮箱的设计开发过程中，如何准确分析行星轮轴承的载荷作用中心往往成为设计难点。根据当前风电齿轮箱的设计规范，在10 MW负荷试验台上，对两台3 MW风电齿轮箱进行背靠背测试，试验中对行星级齿轮进行了应变测试。以此次测试的输入级行星轮轴承为例，基于齿轮的应变测试结果，进一步挖掘应变测试数据的应用，使用最小二乘法原理，给出了确定行星轮轴承载荷作用中心的精确方法。关键词：应变测试;行星轮;轴承;齿面载荷分布34|31|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：应用材料模拟软件JMatPro模拟TTA曲线、CCT曲线和TTT曲线，可以获得C55E材料的相变温度。通过获得的相变温度，制定了C55E钢链板等温淬火工艺。结果表明，根据材料模拟软件JMatPro制定的等温淬火工艺参数为淬火温度850 ℃，等温温度310 ℃，等温时间25 min；等温淬火后链板硬度满足技术要求，其链条的强度、疲劳等性能接近采用同等工艺处理的50CrV材料。关键词：C55E钢;JMatPro软件;等温淬火;疲劳30|46|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：为了提高主减速器台架疲劳试验的准确性和效率，提出了基于实际行驶载荷谱的台架疲劳试验等效方法。在采集用户和试验场实际行驶载荷谱基础上，基于雨流计数和精英策略非支配排序遗传算法关联用户路面，等效重构试验场道路工况和道路载荷谱。为验证等效方法的有效性，建立主减速器有限元模型并进行静强度分析，验证了网格无关性和模型有效性。结合瞬态动力学模型研究了不同转矩、转速与齿轮应力之间的关系，得到程序载荷谱幅值所对应的频次等效关系；结合转速与齿轮应力之间的关系和各转矩区间的转速概率密度分析，确定了各个等级载荷谱对应的转速，编制了旋转弯曲疲劳试验程序载荷谱；结合有限元模型，验证了编制载荷谱与原始载荷谱的等效关系。结果表明，齿轮在等效载荷谱的作用下与原始载荷谱的损伤部位一致，损伤值最大误差为0.15%，并且加速了4.7倍。关键词：主减速器;疲劳试验;载荷谱;等效方法44|113|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：针对大转矩叠片联轴器承受载荷较大、开展疲劳寿命试验存在困难且成本较高的问题，开展大转矩叠片联轴器等效试验件设计，使其满足通用联轴器试验设备条件，降低试验成本；建立叠片联轴器等效设计原则，并基于等效对称循环应力，提出了一种大转矩叠片联轴器等效试验件设计方法。通过理论计算和有限元仿真分析，对比验证了该设计方法的准确性和可行性。关键词：叠片联轴器;等效试验件;等效对称循环应力;疲劳寿命55|70|0发布时间：2024-06-19
- 摘要：针对国内外各种颈椎康复机构存在的结构、体积、功能和穿戴性方面的问题，提出一种球面耦合颈椎康复机器人方案。首先，从颈椎病患者常用康复动作出发，按照人体颈部生理结构和运动学机制，设计了一种新型球面耦合机构，旨在更好地实现患者的头颈部康复训练；然后，使用螺旋理论进行机构自由度分析，建立机器人运动学和动力学模型，得到了机构运动学求解公式和动力学方程，通过Matlab仿真得到机构运动空间，验证其满足康复训练所需空间要求；在Adams中通过模型动作编写了step函数，将运动学仿真得到的曲线图与理论计算结果进行了对比分析；最后，通过Ansys Workbench对机器人关键零部件进行瞬态动力学分析，得到机构应力云图，验证了其结构设计合理性，为样机搭建和控制策略研究奠定了基础。关键词：颈椎康复;球面耦合机器人;运动学仿真;瞬态动力学165|69|0发布时间：2024-06-19
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