最新刊期
      2024 年 第 48 卷 7 期

        理论研究

      • 侍东,张钰哲,张红,侯祥颖
        2024, 48(7): 1-8. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.001
        摘要：高速齿轮箱内的复杂流场通过影响齿轮喷油润滑特性，进而影响传动系统的传动效率和工作性能。针对高速齿轮箱复杂流场及挡板结构带来的影响等问题，开展了高速齿轮喷油两相流场及润滑特性研究。基于计算流体力学方法，建立高速斜齿轮喷油润滑两相流场分析模型，分析了两相流场分布特性；在此基础上，研究了喷油参数（如喷油速度、喷油夹角、轴向角度）以及齿轮挡板对喷油润滑特性的影响规律。结果表明，高速斜齿轮喷油润滑时，表面油液有偏斜现象；通过提高喷油速度或增加正轴向角度，可以改善油液偏斜现象，提高润滑效果；齿轮挡板对油液起着导流作用，其中，设置轴向挡板有利于增加齿面的油液。为高速齿轮箱两相流场分布特性研究及喷油润滑优化设计提供了依据。  
        关键词：高速齿轮;喷油润滑;计算流体力学;齿轮挡板   
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        发布时间：2024-07-22
      • 潘公宇,王学攀
        2024, 48(7): 9-18. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.002
        摘要：为进一步提高制动能量回收率，考虑不同工况下驾驶员不同制动意图所需的制动效果，提出了一种四驱电动汽车制动控制策略。首先，针对常规制动工况，基于常规制动意图识别，从制动能量回收率、稳定性和安全性角度分别设计控制策略；其次，针对滑行工况下的不同滑行制动意图，判断电机制动力是否介入及何时介入，并根据驾驶员所需的滑行距离计算电机制动力的大小；然后，由台架试验获得前后电机外特性并建立前后电机最优利用效率模型；最后，利用Carsim和Simulink进行了联合仿真分析。仿真结果表明，在新欧洲驾驶循环（New European Driving Cycle，NEDC）工况下，与并联控制策略相比，能量回收率提升了13.64百分点；在滑行工况下可有效识别驾驶员需求滑行距离，提升了整车滑行经济性。  
        关键词：四驱电动汽车;制动意图识别;双电机外特性;再生制动;控制策略   
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        发布时间：2024-07-22
      • 刘宗尧,毛世祥,王亚东,朱文良,刘保国,刘士华
        2024, 48(7): 19-29. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.003
        摘要：故障机制是故障诊断的基础，动态建模是研究故障机制的重要手段。现有的行星轮系动态建模主要包括动力学建模和唯象建模两方面。动力学建模难度大，且更多关注单个零部件的动力学特性；唯象建模则从宏观层面对系统特性进行描述。因此，建立行星轮系振动唯象模型，对行星轮系故障机制研究大有裨益。齿根裂纹是行星轮系中常见的故障类型之一。为此，建立了行星轮系正常与裂纹故障下的振动唯象模型，基于冲击动力学理论，计算了轮齿进入啮合时的啮合冲击力及其对动载因数的影响；在此基础上，建立了考虑啮合冲击影响的行星轮系振动唯象模型，得到了正常、太阳轮裂纹、行星轮裂纹等不同健康状态下的振动唯象模型响应；采用均方根、峭度等统计指标对模型响应进行分析，对比了各项统计指标在反映裂纹故障状态时的敏感性。结果表明，峭度可以作为有效反映行星轮系裂纹故障的指标之一。  
        关键词：故障机制;行星轮系;故障诊断;齿根裂纹;唯象建模   
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      • 李洪亮,张国靖,樊平
        2024, 48(7): 30-39. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.004
        摘要：混合动力汽车的燃油经济性很大程度上取决于系统的传动系参数和能量管理策略。然而，针对传动系参数和能量管理策略对燃油经济性优化存在交互影响的问题，以及能量管理策略实时性和全局最优性难以兼顾的问题，尚缺乏一套行之有效的实现方法。为此，以混合动力矿用卡车为研究对象，建立整车数学模型，以减少燃油消耗为目标，建立了综合考虑传动系参数与能量管理策略交互作用的协同优化模型；联合粒子群优化（Particle Swarm Optimization，PSO）算法和动态规划（Dynamic Programming，DP）算法构建双层交互式优化算法进行求解，以消除传动系参数和能量管理策略之间的交互效应，实现在对传动系参数最优化的同时完成最优能量分配。在此基础上，针对DP算法难以实现在线控制的问题，对最优传动系参数对应的DP能量管理最优解进行整合，设计了一种有效提取DP最优控制规则的方法，建立了基于最优控制规则的能量管理策略，以此来实现混合动力矿用卡车的在线控制。依据建立的传动系参数和能量管理策略协同优化及最优能量管理实时控制策略的一体化实现方法，将获得的最优传动系参数和对应的最优能量管理实时控制策略一同在Stateflow-AMESim联合仿真平台上进行仿真验证。结果表明，该方法所得到的燃油消耗结果优于单独的DP优化结果，并且与PSO-DP优化得到的结果接近程度较高，表明了该优化方法是有效、可行的。  
        关键词：混合动力矿用卡车;传动系参数;能量管理策略;燃油经济性;协同优化   
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      • 姜明阳,刘海龙,郭川东,陈德鹏,张林
        2024, 48(7): 40-48. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.005
        摘要：针对现有水下机器人收放系统存在结构形式单一、转运范围受限的问题，借助图论相关理论，进行收放系统执行机构构型综合研究，最终建立了14种收放系统执行机构构型图库。首先，基于胚图插点法进行平面九杆单铰机构类型综合，得到40种单色拓扑图谱；其次，基于40种单色拓扑图谱提出一种平面九杆仅含单个复铰机构类型综合方法，通过单色拓扑图谱转化及其特定标记并按一定规则生成复铰机构特征数组，进而基于特征数组实现机构同构判断及其消极子链识别，得到83种双色拓扑图谱；然后，基于平面九杆单、双色拓扑图谱，结合收放系统工作特点，提出6条收放系统执行机构构型筛选条件，筛选得到71种可行构型；最后，基于71种可行构型，综合考虑机构控制、造价、美观问题，提出3条构型优选准则，最终得到14种最佳构型，并选取1种最佳构型进行了运动仿真分析。结果表明，新型收放系统执行机构满足工况要求，末端集成吊具能够实现远近位移及精确定位，机构构型设计的合理性得到验证。  
        关键词：图论;复铰;构型综合;收放系统;水下机器人   
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      • 陈燕,叶强,赵亮亮,严磊,陈永洪
        2024, 48(7): 49-54. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.006
        摘要：环面蜗杆传动因其多齿啮合特性而具有承载能力强等优势，但其约束数相应增加，对制造误差及装配误差更为敏感。为降低重载环面蜗杆传动的误差敏感性，提出了一种修正型渐开线齿轮包络环面蜗杆传动。构建渐开线齿轮与媒介齿轮及环面蜗杆三者之间的啮合几何学模型，建立了传动副空间点接触局部共轭接触分析方法；通过数值分析及有限元仿真分析，揭示了修正型渐开线齿轮包络环面蜗杆传动啮合特性的变化规律。结果表明，该新型环面蜗杆传动具有较低的误差敏感性，同时保持了高载荷下的承载能力。针对某人机交互7 000 m自动化钻机重载机器人回转关节，研制了修正型渐开线包络环面蜗杆传动减速器样机，并进行了相关性能试验，验证了理论分析的准确性。  
        关键词：环面蜗杆传动;啮合几何学;媒介齿轮;误差敏感性   
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        设计计算

      • 李德昊,徐庆,詹阳,Muhammad Salman Yousaf,张慧菂
        2024, 48(7): 55-62. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.007
        摘要：在同心式磁齿轮的设计中，采用互连型调制环能够有效降低制造难度并提高结构的机械强度，调制环的设计需要综合考虑电磁性能、机械强度和制造成本等多种因素。以同心式磁齿轮中的互连型调制环为研究对象，通过改变连接桥厚度、调制块占比、紧固杆的数量和直径等设计变量，重点分析了磁齿轮的最大转矩和调制环结构的应力受这些设计变量影响而变化的规律，并提出了一种互连型调制环的设计方法。  
        关键词：磁齿轮;互连型调制环;紧固杆;机械应力;最大转矩   
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      • 杨洪静,华华,杨向萍,陈家新
        2024, 48(7): 63-68. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.008
        摘要：机器人用同轴磁性齿轮受其固有特性的限制，目前难以直接应用于工业机器人，其力矩密度、传动比、空程、背隙和扭转刚度、稳定工作区等关键基本特性的研究尚存不足。为此，以国家标准规定的型14谐波齿轮性能为参考对象，采用类比的方法，运用相关电磁学理论，对与其同等空间大小的同轴磁性齿轮相关性能及其数值计算方法、稳定性以及伺服电动机和同轴磁性齿轮的一体化集成技术进行了研究和对比，指出了扭转刚度不足是制约同轴磁性齿轮用于机器人的关键因素，明确了未来机器人同轴磁性齿轮伺服控制的研究重点。  
        关键词：同轴磁性齿轮;空程;背隙;扭转刚度   
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      • 温鸿,王虎奇,梁光明,张衍卿
        2024, 48(7): 69-75. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.009
        摘要：翻转机构的铰点位置直接影响着移动式垃圾压缩装置的整体工作性能和翻转机构各铰点的工作寿命。为提高翻转机构整体工作性能和各铰点的工作寿命，首先，运用Adams软件建立虚拟样机模型并进行仿真，得到翻转机构各铰点的载荷；其次，应用静态应变试验仪对翻转机构进行测试，发现该虚拟样机模型符合实际情况，验证了模型的有效性；在此基础上，进一步分析仿真数据，确定以翻转机构的铰点A、C的最大载荷和最小传动角为优化目标，应用理想点法在Adams软件中构造出一个综合的评价函数，对其进行了优化求解。对比优化前后的数据，翻转机构的铰点A所受最大载荷减小了19.3%，铰点C所受的最大载荷减小了16.2%，最小传动角增大了32.1%。最后，确定了翻转机构各铰点位置的最优设计值，为移动式垃圾压缩装置翻转机构后续设计应用提供参考。  
        关键词：翻转机构;传动角;理想点法;多目标优化   
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      • 潘澳,俞成涛,孙学斌,黄光铭,周翔宇
        2024, 48(7): 76-84. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.010
        摘要：为解决护理床抬背过程中给使用者造成的压背感问题，创新性地设计了一种可联动腰板的新型抬背机构。首先，利用多连杆机构，在抬背过程中实现腰板的联动，填补了抬背过程中腰部的三角悬空区域，从而可为腰部提供支撑、减少压背感；在起背状态时，抬起的腰板充当靠垫，更加符合坐起状态下的人体工程学要求；结合人体尺寸参数，对新型抬背机构与传统抬背机构的背部受力进行分析对比，验证说明新型抬背机构可减少压背感；其次，对抬背机构进行运动学理论分析，并且进行参数化建模，以背板角加速度最大值最小为优化目标进行了尺寸优化设计。然后，对机构进行动力学仿真，得到运动过程中受力最大值，导入Ansys中进行静力学仿真，验证了抬背机构的安全稳定性。最后，进行了样机试验，通过角度传感器验证了背板抬起角度以及抬背过程中的平稳性。  
        关键词：多杆机构;抬背机构;压背感;尺寸优化;运动学分析;有限元分析;样机试验   
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      • 李振,王晓磊,李晓丹
        2024, 48(7): 85-90. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.011
        摘要：针对绝大多数并联机械腿工作空间小的问题，提出了一种新型带有放大机构的R&（2-RPR）+UPS并联机械腿，并对其主要结构参数进行了优化。首先，使用SolidWorks软件建立了并联机械腿及四足机器人整机三维模型，推导了单腿机构的位置反解，并通过Adams软件及Matlab软件对其正确性进行了仿真验证；其次，采用蒙特卡洛法求解了单腿工作空间体积，并将其作为优化指标，分别探究了该优化指标与各结构参数之间的规律，确定了优化变量；最后，采用粒子群算法对机械腿主要结构参数进行了优化。结果表明，优化后的机械腿工作空间体积增大了69.83%，在X、Y方向上的工作空间范围分别增大了35.26%、19.51%，提高了四足机器人的快速行走及越障能力。  
        关键词：并联机械腿;结构参数优化;粒子群优化算法;工作空间   
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      • 张丽娜,宁凤莲,丁金涛
        2024, 48(7): 91-100. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.012
        摘要：均载设计技术是人字齿轮功率分流轮系发挥构型优势的关键技术。为提高人字齿功率分流轮系的均载特性，构建考虑支承刚度、扭转刚度以及齿轮副啮合刚度的静力学模型，剖析出在误差及载荷作用下影响均载特性的主要因素；利用Romax软件建立了含浮动构件、柔性构件、人字齿等结构特征并同时考虑误差、传动系统变形的有限元仿真模型，求解了传动系统的均载系数；研究了偏心误差、同步角、弹性轴扭转刚度、人字齿对称度误差等因素单独作用对均载特性的影响规律，基于正交试验法获得了多因素交互作用对均载特性的影响规律和显著性程度。结果表明，同步角和人字齿对称度误差对均载特性影响显著，弹性轴扭转刚度对均载特性影响次之，偏心误差对均载特性有一定影响。为获得较优的均载特性，设计中应采用较小的弹性轴扭转刚度；传动轴与齿轮连接花键套需采用参数匹配的设计方法，以获得较小的同步角。  
        关键词：两路功率分流轮系;人字齿;均载特性   
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        试验分析

      • 潘昱,杨曼,鲍和云,李发家
        2024, 48(7): 101-113. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.013
        摘要：直升机传动系统中的高重合度直齿圆柱齿轮多采用喷油方式进行润滑冷却，其温度特性关系到齿轮的使用寿命。基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD），建立了高重合度直齿圆柱齿轮喷油润滑温度场数值计算模型；采用气液两相流（Volume of Fluid，VOF）、多重参考系（Multiple Reference Frame，MRF）法获得了齿轮表面的温度和对流换热系数大小及分布；使用控制变量法分析了润滑油参数、工况参数、齿轮参数对齿面温度及对流换热的影响规律；在CL-100型齿轮试验机上开展了齿轮温度试验。结果表明，齿轮温度随载荷增加而升高的趋势与CFD仿真计算结果一致，高重合度齿轮温度高于普通重合度齿轮，而且随着载荷的增大，这种现象越明显。  
        关键词：高重合度直齿圆柱齿轮;喷油润滑;温度场;CFD   
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      • 周家傲,刘晓玲,李群,张政
        2024, 48(7): 114-120. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.014
        摘要：聚合物齿轮具有自润滑性好、生产成本低等优点。受载荷、润滑等影响，聚合物齿轮在传动中易发生点蚀失效。与聚合物-聚合物齿轮副相比，金属-聚合物齿轮副有较长使用寿命。为了探究在润滑条件下金属-聚合物齿轮副弹流润滑性能，在不同工况条件下对钢-聚合物齿轮副进行了弹流润滑分析，通过膜厚比和油膜安全系数判断齿轮副润滑状态以及是否存在微点蚀失效。结果表明，钢-聚甲醛（POM）齿轮副在油润滑下能够形成稳定润滑油膜；压力角、转速、载荷和黏度都会影响齿轮的润滑状态。因此，为避免发生点蚀失效，需要考虑压力角、转速、载荷和润滑油黏度的影响。  
        关键词：弹流润滑;聚合物齿轮;微点蚀   
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      • 贾亚萍,钱露露,章焕章,娄鹏
        2024, 48(7): 121-127. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.015
        摘要：以某航空发动机弧齿锥齿轮系统为研究对象，提出了一套锥齿轮系统级行波共振特性分析方法。基于设计参数和加工参数，创建具有精确齿面的弧齿锥齿轮副三维模型；对弧齿锥齿轮系统开展静力学分析，保证齿轮副接触正常；对弧齿锥齿轮系统进行预应力模态分析，得到齿轮系统的模态特性；基于行波共振理论，进行锥齿轮系统行波共振预测；通过预测结果与试验结果的对比，判断行波共振预测的准确性和有效性。结果表明，理论分析与试验结果具有较好的一致性，研究为弧齿锥齿轮系统的行波共振预测提供了有价值的参考方法。  
        关键词：弧齿锥齿轮;精确齿面;模态分析;行波共振   
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        开发应用

      • 李杰,王帅,兰海,王志勇
        2024, 48(7): 128-136. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.016
        摘要：针对湿式制动器在非制动工况下功率损失的工程问题，考虑摩擦副间隙内部的润滑油对摩擦副带排转矩的影响，运用麻雀搜索算法-反向传播（Sparrow Search Algorithm-Back Propagation，SSA-BP）神经网络的强大非线性拟合能力，以制动器空载工况为输入量、带排转矩为输出量，建立了湿式制动器近似模型；与传统的BP模型对比，该模型预测精度明显提高，更能满足实际工程的需要；同时，为获取最小带排转矩，采用鸡群优化（Chicken Swarm Optimization，CSO）智能算法对工况参数进行搜索寻优，得到湿式制动器的最佳工况。经试验测试验证，与优化前相比，优化后摩擦副间的带排转矩和功率损失有着明显降低。研究为湿式制动器结构的进一步优化提供了理论基础和工程实践经验。  
        关键词：湿式制动器;带排转矩;SSA-BP模型;CSO算法;近似模型   
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      • 邹帅东,王光建,谢光辉,侯景明,杨仁强,孙凡惟
        2024, 48(7): 137-142. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.017
        摘要：基于上肢康复机器人的肩关节相对于其他上肢关节误差敏感性高及承载大的特点，采用一种渐开线少齿差行星减速器应用于其肩关节传动。考虑加工装配误差是造成传动误差的主要因素，运用啮合线增量法建立少齿差行星减速器传动误差的解析计算模型；从统计学角度出发，采用蒙特卡洛法分析了偏心误差及其初始相位对上肢康复机器人肩关节传动精度的影响；基于肩关节传动精度解析模型，分析了传动误差造成的输出力矩波动；并在加工及装配精度不变的情况下，针对少齿差齿轮副各零件的偏心误差初始相位，采用粒子群优化算法进行传动精度优化，以改善上肢康复机器人肩关节传动精度及其造成的输出力矩波动，减少上肢康复患者可能由此造成的二次损伤。  
        关键词：上肢康复机器人;肩关节减速器;传动精度;力矩波动   
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        发布时间：2024-07-22
      • 徐文韬,张立勇,职彦锋,李同杰,王娟,王长路,蒋业虎,陈己杰,王文翔
        2024, 48(7): 143-149. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.018
        摘要：装配体中零部件的增加导致装配流程与工艺趋向于复杂化，装配序列的规划需要更加严谨，计算机辅助装配序列规划成为虚拟装配的重要方向。以复杂立式人字齿行星齿轮传动装置为例，通过子装配体和聚族零固件的识别，采用装配连接无向关系图确定装配连接关系，将装配关联矩阵转化成数学信息，采用蚁群算法进行了装配路线规划。结果表明，立式行星齿轮传动装置的装配时间减少了约20%，人力资源节省1/3。  
        关键词：装配序列规划;立式行星齿轮传动装置;并行装配;蚁群算法   
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        发布时间：2024-07-22
      • 刘本友,刘俊龙,纪建奕,韩善灵,刘明浩,扈建龙,韩振东
        2024, 48(7): 150-157. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.019
        摘要：重型商用车电动化是解决其能耗高、排放有害气体多等问题的主要途径之一，而电驱动系统构型方案设计和参数匹配是重型商用车电动化的基础。以一种重型商用车的双驱动桥为研究对象，对驱动桥的电驱动构型方案设计和参数匹配问题进行研究。分析对比各类电驱动方案的特点，确定双电驱动桥的电驱动方案，并确定了驱动电动机数量以及变速装置的挡位数；在构型方案的基础上，根据车辆的功能和性能要求，计算确定了电驱动桥中主要部件的结构性能参数，包括驱动电动机的功率、转矩和转速，变速传动装置的传动比，以及动力电池的电压和容量；基于上述构型和参数，建立双电驱动桥重型商用车的动力学模型，对车辆的动力性和经济性进行了仿真分析。仿真结果表明，车辆的最高车速能够达到100 km/h，最大爬坡度能够达到30 %，续航里程超过300 km，说明所提出的构型和匹配的参数满足车辆性能的要求。相关研究可为重型商用车的电动化提供理论和技术支持。  
        关键词：重型商用车;电驱动桥;构型设计;参数匹配   
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        发布时间：2024-07-22

        综述

      • 李海霞,职彦锋,范瑞丽,余飞鹏,管洪杰,刘忠明
        2024, 48(7): 158-166. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.020
        摘要：梳理了国内外齿轮领域主要标准化技术委员会的工作职责、标准化范围及归口标准情况；统计了不同技术领域标准数量与发布年份之间的对应关系以及国内不同层级标准的标准化技术要素；分析了齿轮相关技术的发展脉络。针对新时代我国标准化工作出现的几个新变化，从机遇与挑战两方面提出齿轮领域标准化工作的新要求。  
        关键词：齿轮领域;标准统计;技术要素;标准化   
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        发布时间：2024-07-22
      • 冯立春,冯永利,王宝中,徐瑞泽
        2024, 48(7): 167-176. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2024.07.021
        摘要：因受脑卒中、工作或意外等导致的肩关节损伤将极大影响患者的生活质量，面向肩关节康复设备的出现能有效提高患者上肢运动能力。简述了肩关节解剖结构及上肢运动特征，将康复设备分成肩关节康复器、面向肩关节的末端牵引式和外骨骼式康复机器人三类；详述了肩关节康复设备的自身结构、驱动方式、人机交互性等特点，并对其进行了总结对比；分析了当前肩关节康复设备存在的问题以及涉及的关键技术，讨论了其未来发展趋势，可为今后相关研究工作提供借鉴与参考。  
        关键词：肩关节康复设备;康复器;上肢康复机器人;关键技术   
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        发布时间：2024-07-22
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