- 吴志文;王鹏;徐中海;乔宝方;
【目的】未修形的标准渐开线人字齿轮为双侧线接触，其承载特性易受加工和安装过程中各种非对称误差的影响。因而，实际使用的重要齿轮均需要进行一定程度的修形。为了快速评估不同修形方式和修形量对承载特性的影响，提出一种参数化人字齿轮有限元模型的自动建模方法。【方法】基于Ease-off拓扑的概念，通过修改有限元网格节点坐标，实现齿面修形量的叠加；在此基础上，开展了交错角误差和轴不平行度误差影响下重载人字齿轮承载特性的有限元仿真分析。【结果】结果表明，在以交错角误差和轴不平行度误差为代表的非对称误差影响下，未修形齿轮均存在严重的齿面偏载；采用中凸鼓形修形的点接触人字齿轮则对非对称误差有一定的冗余度，但现有的齿廓和螺旋线修形方式对齿面修形量和承载特性的主动调控能力有待提升。
2025年12期 v.49;No.348 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 1613K] [下载次数：3 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 李志胜;高松;蔡志钦;税剑锋;杨树峰;徐飞;
【目的】磨削加工在面齿轮齿面形成的微观形貌会显著改变齿面接触力学行为。突破传统接触分析中理想光滑齿面的假设，提出融合微观形貌特征的改进型面齿轮副承载接触分析方法。【方法】首先，对理论齿面模型进行齿面接触分析与齿面承载接触分析的联合求解，获得啮合轨迹离散点、宏观接触椭圆与载荷分布规律；其次，集成表面微观形貌测量数据，构建含磨削纹理取向和微凸体统计特征的三维形貌模型；再次，将承载接触区离散为微元网格，通过法向变形量的迭代计算与接触判定准则的应用，建立微观形貌变形补偿的降维映射模型，从而将三维粗糙接触问题转化为二维平面内微凸体弹塑性变形叠加问题；最后，提出基于接触点域积分法的真实接触面积计算模型，构建微观-宏观耦合的应力重分布算法。【结果】研究表明，微观形貌使有效接触面积平均缩减8.6%，单齿啮合阶段接触应力较理论值的最大增幅达19.3%。随着磨削切深从0.005 mm增加至0.015 mm，微观形貌纹理更加复杂，承载接触性能进一步降低。
2025年12期 v.49;No.348 10-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 1685K] [下载次数：172 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 佘星宇;沈惠平;孟庆梅;朱小蓉;李菊;
【目的】优良的运动解耦特性能够显著简化机构的后期运动规划、控制、误差及动力学分析，但目前针对具备该特性机构的研究仍较为缺乏。为此，根据基于方位特征方程的并联机构拓扑设计理论和方法，设计了一种运动解耦性优良且零耦合度的三平移并联机构。【方法】首先，对所提机构进行了拓扑分析，求得其方位特征（Position and Orientation Characteristic, POC）集、自由度、耦合度及拓扑解析表达式；其次，使用基于拓扑特征的机构运动学建模与分析方法，求得所提机构的符号式位置正、反解，并通过正解求得机构的工作空间，通过导出基于位置逆解方程的雅可比矩阵求得机构奇异性；再次，基于虚功原理的序单开链法，对所提机构的动力学性能进行分析，求解了所提机构所需的驱动力，并采用差分进化算法对机构几何尺寸参数进行了优化设计；最后，给出所提机构的一种应用场景的概念设计。【结果】结果表明，经差分进化算法优化后的机构的工作空间明显增大；所提机构具有零耦合度且更易求出符号式正、反解，运动解耦大幅简化运动规划。
2025年12期 v.49;No.348 20-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1272K] [下载次数：3 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 邹有为;孙伟;张佳丽;李远知;
【目的】针对平面八杆机构运动与参数间的非线性关系复杂、传统轨迹优化存在设计参数冗余、约束条件烦琐及点序匹配错误等问题，提出一种结合曲线分段的起始点寻优算法，以提升轨迹综合精度。【方法】首先，构建了步行机器人腿部八杆机构数学模型，提出起始点寻优与曲线分段结合的算法；其次，以分段后跟踪误差为目标函数，采用遗传算法（Genetic Algorithm, GA）、粒子群优化（Particle Swarm Optimization, PSO）算法、人工蜂鸟算法（Artificial Hummingbird Algorithm,AHA）对杆长及角度参数进行优化；最后，通过6点、8点及交叉轨迹算例开展了验证。【结果】所提算法精简了优化参数，突破了顺序约束限制；其中，AHA优化效果最优，6点目标轨迹误差低至0.026 8（无单位）。验证了算法的合理性，为平面八杆机构轨迹综合提供了参考。
2025年12期 v.49;No.348 31-37+64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1257K] [下载次数：4 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 马登秋;包林利;蒋兵;叶振环;
【目的】以往对变双曲圆弧齿线（Variable Hyperbolic Circular-Arc-Tooth-Trace, VH-CATT）圆柱齿轮的研究主要集中在接触特性、啮合刚度等方面，针对该型齿轮润滑方面的研究较少，特别是在油膜厚度计算方面。有必要进一步探究齿廓修形对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮传动齿面油膜厚度的影响。【方法】首先，根据刀刃抛物线齿廓修形方法，推导了修形齿面方程；其次，基于接触分析理论，建立齿面接触分析模型；结合经典弹流润滑（Elasto-Hydrodynamic Lubrication, EHL）理论，推导弹流润滑相关的动态参数表达式，建立了油膜厚度模型；最后，分析了修形参数、转速和转矩对VH-CATT圆柱齿轮在啮合过程中啮合齿面EHL最小油膜厚度和中心油膜厚度的影响规律。【结果】结果表明，从啮入区域到t位置之间，EHL中心油膜厚度和最小油膜厚度随着抛物线系数的增大而减小，从t位置到啮出区域之间，油膜厚度随着抛物线系数的增大而增大；EHL中心油膜厚度和最小油膜厚度随着抛物线顶点位置的增大而减小，随着输入转速的增大而大幅度增大，随着输入转矩的增大而呈减小趋势。研究结果为修形VH-CATT圆柱齿轮润滑特性、齿面优化设计提供了一定的依据。
2025年12期 v.49;No.348 38-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 1325K] [下载次数：6 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 何坤;陈勇全;杜彦斌;李荣昊;
【目的】为研究齿面修形对面齿轮副啮合性能的影响规律，提出一种面齿轮的全齿面修形方法，以优化齿轮副的啮合性能。【方法】首先，对标准齿面进行数字化离散，并在离散点处叠加修形量，建立修形齿面的三维模型；其次，利用齿面承载接触分析方法，对比分析面齿轮修形与圆柱齿轮修形对接触应力、接触轨迹和传动误差的影响规律；最后，为指导面齿轮的全齿面修形设计，分析了螺旋线及齿廓修形量对接触应力、接触轨迹和传动误差的影响规律。【结果】结果表明，面齿轮修形后的啮合性能优于圆柱齿轮修形，且合理的全齿面修形量对面齿轮副啮合性能的提升效果明显。
2025年12期 v.49;No.348 47-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 1644K] [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 熊恒康;康绍鹏;杨静;强红宾;刘凯磊;
【目的】为解决多轴车辆连杆转向机构在转向过程中转向轮无法实现纯滚动，进而导致轮胎摩擦力增大、转向精度不足等问题，对一种含虚约束的多轴连杆转向机构开展了运动学和动力学研究。【方法】通过坐标变换法对转向机构进行了运动学分析，构建了各构件铰接点坐标与第1轴转角变化关系，求得了各构件虚位移夹角；基于虚功原理，建立了转向机构的动力学模型，求解出液压缸输出力矩；基于Matlab软件对转向机构进行动力学仿真分析，并采用Adams软件进行验证，得到了液压缸输出力矩与第1轴转角的变化曲线；为进一步降低液压缸驱动力矩、提升转向精准性，使用改进非支配排序遗传算法Ⅲ（Non-dominated Sorting Genetic AlgorithmⅢ, NSGA-Ⅲ）对转向机构转向臂和车轮铰接点进行多目标优化。【结果】数值模拟结果与仿真结果误差在合理范围内，验证了动力学模型的准确性。经改进NSGA-Ⅲ优化后，转角误差在1.4°以内；液压缸驱动力矩减少210 N·m，比优化前节能3.1%。研究结果为多轴车辆转向系统设计提供了参考。
2025年12期 v.49;No.348 56-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1598K] [下载次数：436 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ]
- 唐沛;贾爽;周如意;王乐;毛润;
【目的】新型大重合度内啮合齿轮因具有承载能力强、多齿啮合等特点而受到广泛关注和应用，但其承载能力研究多采用有限元法，无法满足工程化推广需求。为此，针对新型大重合度内啮合齿轮，提出一种适用于工程的强度计算方法，基于新型齿轮多齿啮合特性，并借鉴现有齿轮强度理论，解决新型齿轮在实际工程应用中的强度计算难题。【方法】研究了齿间载荷分配规律，推导了齿面载荷计算式；基于赫兹应力和悬臂梁原理，推导了齿面接触应力和齿根弯曲应力计算式；研究了载荷修正方法和许用应力修正方法，给出强度条件。【结果】对比有限元法，提出的工程算法可将计算时间由数小时缩减至几分钟，计算结果相差9.6%。利用该算法能够快速得到有指导意义的计算结果，方便工程人员在设计之初对新型齿轮进行强度核算，是新型齿轮从理论迈向应用的关键一步。
2025年12期 v.49;No.348 65-71+80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1183K] [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 刘李;郭辉;赵宁;
【目的】以同轴面齿轮分扭传动系统为研究对象，考虑温度场引起的齿轮热变形对刚度、齿侧间隙的影响，采用解析法和有限元法相结合的方式，研究温度场对面齿轮分扭传动系统均载特性的影响。【方法】基于集中质量法，建立同轴面齿轮分扭传动系统的动力学模型，给出传动系统的均载系数计算方法；并研究了受温度影响的刚度、齿侧间隙对传动系统均载性能的影响规律。【结果】结果表明，温度场引起的热刚度使得传动系统均载系数的平均值及幅值增大，系统均载性变差；考虑温度场引起的轮齿热变形，设计合适的齿侧间隙，可以有效改善传动系统的均载性能，这对提高面齿轮分扭传动系统性能具有重要意义。
2025年12期 v.49;No.348 72-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 1454K] [下载次数：343 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 张振;孙勇智;李津蓉;丁祎;
【目的】针对麦克纳姆（Mecanum）轮移动机器人在狭窄环境中的局部路径规划问题，提出一种适用于麦克纳姆轮底盘的改进时间弹性带（Time Elastic Band, TEB）算法。【方法】首先，鉴于麦克纳姆轮移动机器人的全向移动特性，将传统时间弹性带算法中单一方向的速度约束分解为X、Y两个方向的独立速度约束；其次，结合麦克纳姆轮移动机器人的运动学原理，在TEB算法优化函数中引入4个车轮的角加速度约束。【结果】试验结果表明，所提算法显著提升了机器人在狭窄环境中的行驶效率，同时有效缓解了行驶过程中车轮打滑与速度输出不稳定的问题，从而规划出满足麦克纳姆轮移动机器人运动学、动力学约束的轨迹。
2025年12期 v.49;No.348 81-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1361K] [下载次数：0 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 邓科;孟春玲;刘广伟;展嘉文;张晴;
【目的】针对传统按摩机械手适用场景受限、手法单一、结构刚性大且自适应性差的缺陷，设计了一种兼具大包络范围、多按摩姿态的高适应性3指按摩机械手，以满足中医按摩的平稳性、力度及安全性要求。【方法】采用欠驱动腱绳传动与差动滑轮机构，结合按人手关节耦合比例设计的扭簧结构，设计了机械手本体；通过改进D-H法建立运动学模型，利用Matlab软件分析了工作空间，借助Adams软件仿真验证了适应性与按摩性能。【结果】结果表明，机械手食指、中指的最大活动范围约200 mm，拇指的约150 mm，可实现指揉、捏拿等手法；按摩力稳定在23～33 N，运动平稳、无刚性冲击；该机械手的自适应性与稳定性优于传统连杆传动机构，符合中医按摩需求。
2025年12期 v.49;No.348 89-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 1272K] [下载次数：11 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 刘俊;郝兴安;黄小琳;刘洪铭;王勇;
【目的】为了提高六足机器人在复杂地形下的机动性，基于仿生原理，设计了一种单腿具有3自由度的电动机六足机器人。【方法】参考节肢动物的腿部仿生拓扑结构，分析腿节长度比例关系，确定腿节长度；通过Matlab软件仿真，得到单腿的运动空间，并依据运动空间做出相应的足端轨迹规划；分析机械腿部和地面的接触模型，建立基于位置的阻抗控制数学模型，分析阻抗控制参数对阻抗控制性能的影响，使腿部具有较好的控制精度和柔顺性能，以适应不同的环境接触刚度；进行单腿支撑试验，以验证阻抗控制算法对期望轨迹跟踪响应的精确性；通过Matlab软件与Adams软件联合仿真，模拟整机在阶梯地形下的运动过程，以验证结构设计的合理性与阻抗控制的可行性。【结果】结果表明，该仿生六足机器人的结构设计合理，控制器精准有效，对复杂地形适应性强；机器人阶梯爬升过程状态平稳，满足预先设计的运动要求。
2025年12期 v.49;No.348 98-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 1462K] [下载次数：19 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 金雪峰;张家兴;袁佩玲;劳才奉;许华威;郭晨宇;
【目的】依据2023年中国大学生工程实践与创新能力大赛温差驱动车赛项命题与要求，提出一种小车关键机构——转向凸轮的设计方法，制作了打卡开环路线的温差驱动车。【方法】分析小车运行轨迹，绘制出打卡模拟长征路线特定轨迹点的拟合运行路径；运用微分思想，将小车的运行路径微分为若干数量点集，运用函数方程求得对应的凸轮轮廓半径和凸轮转角点集，由三角函数关系得出凸轮轮廓曲线点集，将该点集导入CAD设计软件，得出凸轮轮廓的二维图；同时，探究了凸轮基圆直径偏差对小车整体运行轨迹的影响，创新性地提出通过添加微分筒微调机构修正凸轮偏差的解决方案。【结果】该微调机构操作简单，精度高，可更加方便地记录单位调整量对驱动车轨迹的影响；在反复实践中得知，采用该方法修正的凸轮配合微调机构可以快速精准地调试出理想轨迹。
2025年12期 v.49;No.348 107-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 1235K] [下载次数：7 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ]