理论研究

• 直线共轭内啮合齿轮副啮合特性研究

  梁云栋;廖健;王小春;谭晓朋;李天鹏;周付明;

  【目的】针对直线共轭内啮合齿轮副啮合特性变化规律不明确的问题进行了研究。【方法】基于直线共轭内啮合齿轮副参数化模型，推导了压力角、滑动率、诱导法曲率的理论表达式；通过与渐开线内啮合齿轮副的对比，揭示了直线共轭内啮合齿轮副的啮合特点；进而开展了齿轮副静态应力仿真，分析了齿轮副的受力规律。在此基础上，分析了齿数、齿形角、分度圆齿厚系数等设计参数对啮合特性的影响规律。【结果】研究揭示了直线共轭内啮合齿轮副啮合特性的变化规律，研究结果有助于完善直线共轭内啮合齿轮副的设计体系。

  2025年08期 v.49;No.344 1-11+29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1762K]
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• 一种越障机器人的变径轮设计与攀爬性能研究

  罗继曼;宋玉成;宋益德;李臻志;宋方;

  【目的】为了进一步提高轮式移动机器人的越障性能，设计了一种行星轮式变径轮越障机器人。【方法】首先，变径轮传动方式选用双自由度行星轮机构，基于Adams仿真软件对单式及复式结构进行机器人质心波动性对比，确定变径轮的实施方案，构建了机器人三维模型；其次，对变径轮机构的轮瓣转角及变径比进行理论分析，通过运动学建模对机器人转弯半径及位姿方程进行求解，并基于稳定锥模型对机器人攀爬稳定性进行了研究；再次，通过SolidWorks与Adams软件对虚拟机器人进行联合仿真，对攀爬台阶能力，诸如台阶高度与长度、变径轮所需转矩等进行了仿真与验证；最后，搭建机器人实体样机模型，开展了机器人攀爬性能及差速转弯的试验验证。【结果】变径轮最终选用复式六轮瓣结构方案，变径比为1.6；变径轮半径随轮瓣转角变大而增大；机器人在转弯过程中的位姿与机器人左、右两侧变径轮角速度及机器人宽度有关，在攀爬台阶过程中不会倾翻；通过仿真获得了变径轮爬台阶的极限高度和最大力矩。试验结果表明，机器人可以成功攀爬连续台阶，具有相应的越障以及差速转弯能力，验证了越障机器人设计方案的可行性。

  2025年08期 v.49;No.344 12-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 1492K]
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• 变双曲圆弧齿线圆柱齿轮齿面修形设计与接触性能分析

  马登秋;蒋兵;叶振环;邓正刚;

  【目的】为提高变双曲圆弧齿线（Variable Hyperbolic Circular-Arc-Tooth-Trace, VH-CATT）圆柱齿轮传动系统承载能力，降低系统振动和噪声，提出倾斜刀盘铣削加工的齿面修形方法，并对修形VH-CATT圆柱齿轮的接触性能进行了分析。【方法】首先，根据成形原理推导修形齿面方程，并对齿面进行重构；其次，分析了不同修形参数对VH-CATT圆柱齿轮齿面的影响；最后，通过建立VHCATT圆柱齿轮有限元分析模型，计算得到不同修形参数下VH-CATT圆柱齿轮齿面的最大接触应力和传动误差。【结果】结果表明，当刀盘倾角增大时，齿面接触应力减小，但大于一定值γ_0时，继续增大刀盘倾角，VH-CATT圆柱齿轮副会产生桥式接触，且接触应力也增大；修形参数对VH-CATT圆柱齿轮传动误差的影响与对齿面接触应力的影响规律一致。研究结果为高质量的VH-CATT圆柱齿轮传动及齿轮修形设计奠定了基础。

  2025年08期 v.49;No.344 22-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 1420K]
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• 基于六维力传感器的机器人外表面碰撞检测研究

  王志军;王蕴熠;李占贤;

  【目的】人机协作技术日益发展，已成为制造业主要的工作模式。在人机协作场景中，机器人碰撞检测可为人机安全交互奠定重要基础。为弥补现有碰撞检测算法的不足，提出了一种基于安装在关节机器人基座的六维力传感器检测结果，联合机器人外表面方程，推导机器人碰撞点位置坐标的算法。【方法】首先，给出关节机器人碰撞检测模型；其次，以连杆外表面为圆柱面的关节机器人为例进行碰撞点求解，将碰撞分为9种情况进行讨论，依次求解各情况下的碰撞点坐标；最后，在某关节机器人上进行了碰撞检测试验。【结果】碰撞检测结果与实际碰撞位置一致，验证了理论分析的正确性。研究结果可为人机协作的相关安全性问题研究提供依据。

  2025年08期 v.49;No.344 30-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 1329K]
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• 基于电子齿轮箱叠加高阶运动的连续展成磨齿齿面修形方法

  韩江;芮啸宇;田晓青;游通飞;李光辉;夏链;

  【目的】齿轮齿面修形可以减少传动噪声和振动，提高承载能力和寿命。然而，传统修形齿轮加工时仅将鼓形量作为修形加工的约束条件，使得齿轮的修形设计与制造之间存在较大差异。针对该问题，提出了一种基于电子齿轮箱与高阶多项式插补相叠加的连续展成磨齿齿面修形加工方法。【方法】首先，将标准圆柱斜齿轮的渐开线齿面通过坐标变换对蜗杆砂轮齿面进行建模；其次，根据蜗杆砂轮齿面参数方程与电子齿轮箱联动关系建立连续展成磨削加工模型，对加工过程中的砂轮的进给轴附加高阶多项式运动；再次，以标准渐开线齿面与实际加工齿面网格点之间的法向偏差为评判标准，通过Levenberg-Marquardt算法优化砂轮各进给轴运动函数的多项式系数；最后，通过西门子840Dsl数控系统的多项式插补功能，对该修形方法在西门子840Dsl磨齿机床上的实际运用做出探讨。【结果】通过数值分析和试验，验证了所提出的修形方法的有效性和可行性。

  2025年08期 v.49;No.344 38-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 1306K]
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• 微创手术机器人RCM机械臂广义运动学误差建模与补偿研究

  刘芬;王睿;黄芳;桑宏强;

  【目的】针对几何误差和非几何误差导致远程运动中心（Remote Center of Motion, RCM）机械臂运动过程中产生RCM约束点位置误差，进而存在一定的安全性问题，提出了一种微创手术机器人RCM机械臂广义运动学误差建模与补偿方法。【方法】首先，基于切比雪夫多项式建立表征几何误差和非几何误差引起的关节相关运动学误差的误差模型；然后，通过最小二乘法对误差模型中的多项式系数和运动学参数误差进行辨识；最后，采用关节空间补偿的方法，以降低RCM约束点位置误差。【结果】试验结果表明，补偿后的RCM约束点位置误差由2.726 1 mm减小到0.641 5 mm，减小了约76.5%。

  2025年08期 v.49;No.344 46-52页 [查看摘要][在线阅读][下载 1253K]
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设计计算

• 一种由折纸启发的机械手设计与分析

  王汝贵;杨泽慧;陈培民;曾起能;

  【目的】机械手作为一种逐渐兴起的末端执行装置，在机器人技术中不可或缺，但现有的机械手的使用效果并不理想。为了实现复杂物体的抓取，有必要设计一种新型的工作空间更大、更易于控制的机械手。【方法】从折纸原理出发，结合Bennett机构设计了一类可以串联的折纸单元，并基于该结构设计了一种新型机械手，对机械手指采取模块化设计，使不同指节之间可以首尾串联、相互替换。【结果】该机械手采用单自由度设计，每根手指仅需单一驱动源。在抓取过程中，各指节间保持等角运动，能够形成圆形的包络曲线，实现对圆柱形物体的包络式抓取。同时，针对非圆柱形物体，该机械手可以采用指尖抓取的模式，具有良好的适应性。

  2025年08期 v.49;No.344 53-58页 [查看摘要][在线阅读][下载 1229K]
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• 航发附件齿轮传动悬臂力矩加载系统设计分析

  文武翊;刘怀举;李炎军;赵新浩;陈泰民;吴吉展;

  【目的】为模拟飞机复杂机动过程中，航发附件机匣承受的多向变载荷悬臂力矩工况，提出了一种航发附件齿轮箱悬臂力矩加载装置。【方法】首先，针对现有常见砝码加载装置模拟附件机匣在高空环境下存在多向加载能力不足的问题，设计了一种基于电磁加载的附件机匣悬臂力矩加载装置，可实现平飞、匀速盘旋、加速翻滚等飞行情况下多向悬臂力矩加载。其次，基于Maxwell软件的电磁场分析和变形对气隙影响的分析，得出装置可实现单向-600～600 N加载，且结构变形仅占气隙的4.3%，验证装置结构上可靠，满足3 kg附件20g的加载需要。最后，针对平飞、匀速盘旋、加速翻滚飞行姿态，分别求得装置电流控制策略。【结果】通过上述分析，验证该装置具备模拟多姿态下复杂悬臂力矩的能力。

  2025年08期 v.49;No.344 59-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1779K]
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• 变模数非标齿条三维参数化实体建模方法

  丁国龙;王安宇;王祉凡;薛雷刚;

  【目的】为解决在设计汽车转向器变比齿条过程中无法直接建模且重复性工作较多的问题，提出一种基于SolidWorks软件二次开发、实现交错轴变传动比曲线齿条三维参数化建模的方法。【方法】首先，在SolidWorks/VBA中编写宏程序代码，分别对齿轮刀具及齿条毛坯进行参数化建模；其次，根据齿轮-齿条啮合运动关系以及线角传动比曲线，模拟展成加工过程，得到变传动比曲线齿条三维模型；最后，通过实例验证与误差分析验证了模型的准确性。【结果】实例验证表明，该建模方法是可行的，能显著提高产品设计工作效率。

  2025年08期 v.49;No.344 69-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 1380K]
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• 双曲线蜗杆磨齿滚轮设计与应用

  葛波蔚;雷来贵;

  【目的】齿轮修形作为一种先进的齿轮设计技术，在提高齿轮承载能力、延长使用寿命、降噪等方面有着重要意义。其中，成形蜗杆磨齿金刚石滚轮作为实现齿轮齿廓修形的关键工具之一，其齿廓设计过程尚不明朗；同时，采用圆弧、抛物线、高阶曲线等函数对蜗杆滚轮齿廓进行拟合，存在修形量与理论设计偏差大、曲线扭曲等问题。为此，通过对双曲线进行特性分析，结合蜗杆磨齿滚轮的设计与工作原理，首次探讨了双曲线齿廓在蜗杆磨齿滚轮设计方面的应用前景。【方法】通过分析螺旋面蜗杆砂轮与斜齿轮的双参数包络成形原理、蜗杆磨齿滚轮与螺旋面蜗杆砂轮的成形修整原理，基于空间坐标转化的系统，建立了双曲线蜗杆磨齿滚轮齿廓设计传递函数；明确了双曲线磨齿滚轮齿廓与齿轮齿廓在制造与修整过程中的相互关系和作用机制，为双曲线齿廓在滚轮设计中的应用奠定理论框架；最终，通过磨削试验，验证了双曲线齿廓在蜗杆磨齿滚轮齿廓设计、加工制造、应用效果方面的可行性。【结果】结果表明，双曲线齿廓不仅能够满足齿轮加工的高精度需求，而且与拓扑修形高阶函数对比，不会出现扭曲现象。这一结果为双曲线齿廓在蜗杆磨齿滚轮设计中的广泛应用提供了有力的实践支撑，也为未来齿轮加工工艺的优化和创新提供了新的思路和方向。

  2025年08期 v.49;No.344 77-83页 [查看摘要][在线阅读][下载 1707K]
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• 仿鳄鱼的变胞夹持机构设计

  易贤英;周祖鹏;彭建盛;吴哲;

  【目的】为实现对类球形水果的包络稳定抓取，将鳄鱼优异特性与变胞机构相结合，设计了一种仿鳄鱼的变胞夹持机构。【方法】首先，利用逆向工程技术对古巴鳄鱼头骨模型进行三维重构，基于鳄鱼上颚的形貌特征进行曲面拟合，并提取特征点进行了仿鳄鱼末端执行器设计；其次，针对鳄鱼死亡翻滚会对猎物产生撕咬力和撕咬猎物瞬间咬合力增大两种运动特点，基于图论分别设计仿鳄鱼变胞夹持机构的方向变胞模块和力变胞模块；再次，结合仿鳄鱼末端执行器和变胞模块，构建了仿鳄鱼变胞夹持机构；最后，采用邻接矩阵法分析该变胞机构拓扑结构变换过程，并进行运动学和静力学理论分析，完成仿真和试验样机制作。【结果】仿真与试验结果验证了所提新型机构的可行性与抓取稳定性。

  2025年08期 v.49;No.344 84-93+153页 [查看摘要][在线阅读][下载 2057K]
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• 行星齿轮多动力耦合系统的数学图谱分析方法

  桂经良;贾艳艳;任伟;潘振锋;张荣滨;

  【目的】为了对行星齿轮多动力耦合系统各元件的运行参数及相互关系进行直观的定量分析，提出了一种数学图谱分析方法。【方法】以某型载货车用行星齿轮混合动力系统为研究对象，对该方法进行了论述，推导了该系统各元件的运动学和力学关系；采用Matlab软件建立了数学图谱；对起步加速工况中的模式切换秩序和路径规划进行了定量分析，对不同坡度和车速条件下巡航工况的最优巡航油耗的获取进行了定量分析；基于上述分析，提出了系统架构优化措施，并进行了性能仿真对比。【结果】本方法可直观、定量地获得模式切换秩序、工况点间的路径规划和巡航工况下的最佳油耗点。提出的优化措施经仿真验证具有一定的性能提升效果，有助于系统控制策略改善和标定开发。

  2025年08期 v.49;No.344 94-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1480K]
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• 圆方管双适配自适应管道机器人设计与研究

  高九阳;孟馨悦;谢中耕;王东阳;戴耀南;

  【目的】为提高履带式管道机器人在不同规格管道中的自适应管径过弯能力，设计制作一款可同时适用于方管及圆管、可转换的管道检测机器人。【方法】着重分析了圆方管双适配检测机器人在管道内过弯时的几何约束和运动状态，以验证管道机器人设计的合理性；运用Ansys软件对机器人结构进行有限元分析，并利用Adams软件对机器人在管道内的可通过性及运动参数进行分析，以证明其适应性。【结果】试验结果表明，所设计的圆方管双适配机器人结构合理，能够顺利通过弯道。该研究为管道机器人的结构设计提供了依据。

  2025年08期 v.49;No.344 101-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 1567K]
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试验分析

• 工业机器人用类摆线行星减速器的研制与分析

  乔雪涛;陈鹏威;刘锋卓;李优华;田晓中;徐航;

  【目的】为了提高工业机器人用精密减速器的性能指标，在现有减速器传动原理的基础上，提出了一种类摆线行星减速器结构。【方法】利用SolidWorks软件建立减速器三维结构模型，对其啮合部位进行受力分析及强度校核，并对传动效率进行了理论计算；以Adams仿真软件进行角速度、啮合力及传动效率的虚拟仿真，经样机试验测试，并与同型号国产精密摆线行星减速器的性能指标进行了对比分析。【结果】结果表明，所研制的类摆线行星减速器样机传动原理可行，减速器传动误差和传动效率等性能指标基本达到国家标准要求。

  2025年08期 v.49;No.344 111-121页 [查看摘要][在线阅读][下载 1810K]
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• 电脉冲辅助M50轴承钢冷环轧-淬回火处理的遗传效应

  曾小宝;张国良;陈裕;

  【目的】M50钢作为当前主流的航发轴承套圈材料，在淬回火处理前往往对其进行冷环轧处理以实现套圈的成形。然而，M50常温下变形抗力较大，传统冷环轧工艺在大变形量下极易产生微纳损伤，影响其晶粒细化程度，进而限制了其在淬回火过程中的微观组织遗传效果，导致其力学性能提升有限。因此，提出了一种在相同冷环轧参数下通过电脉冲辅助进一步提升M50钢的晶粒细化程度的方法，进而提升M50钢在淬回火过程中的微观组织遗传效果。【方法】采取电脉冲辅助M50冷环轧-淬回火（Electric Pulse-assisted Cold Ring Rolling-Quenching and Tempering, EPCRR-QT）处理，通过在冷环轧过程中对M50钢同步施加脉冲电流，进一步优化了微观组织，并分析了其在淬回火处理时的微观组织演变规律。【结果】结果表明，相较于传统冷环轧-淬回火试样，电脉冲辅助M50冷环轧-淬回火试样的原奥氏体晶粒尺寸细化了15.2%，残余奥氏体含量、碳化物Mo_2C含量、小角度晶界占比同样有所降低，淬火态、回火态的维氏硬度分别提升了4.7%、4.4%。

  2025年08期 v.49;No.344 122-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 2219K]
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• 高精度锥齿轮滚动检验机几何误差建模分析

  史鉴;李金峰;肖建明;张敬彩;

  【目的】航空等领域对锥齿轮传动的振动性能与寿命可靠性的要求日益提升，推动锥齿轮滚动检验机向更高检测精度和多功能化方向升级。当前国际最先进滚动检验机的轴交角定位精度已达10″以内，安装距及偏置距的调整精度达微米级，且集成疲劳寿命与振动测试功能，因此研制难度显著增加。【方法】以研制高精度锥齿轮滚动检验机为背景，为保证检验机几何运动精度，采用多体系统运动学理论建立滚动检验机运动学模型；通过齐次坐标变换，模拟滚动检验机运动链中各项误差对被检验锥齿轮位姿的影响；通过提取对锥齿轮锥顶点定位和轴交角精度有影响的几何误差项，对单一误差项设定一定数值并计算其影响结果，进而分析确定各误差项的合理范围。【结果】该方法为滚动检验机设计、制造过程中的误差分配和制造精度保障提供了数据支撑。

  2025年08期 v.49;No.344 131-136页 [查看摘要][在线阅读][下载 1051K]
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• 考虑膜厚修正的脂润滑球轴承弹流润滑分析

  张伟业;张长;蒋紫阳;倪文钧;廖富强;

  【目的】针对脂润滑滚动球轴承，研究了椭圆点接触脂润滑弹流润滑中膜厚和压力变化等润滑特性。【方法】首先，基于润滑脂的Herschel-Bulkley流变模型，构建弹流脂润滑数值分析模型，模型包括润滑脂本构方程、雷诺方程、膜厚方程、黏压方程、密压方程、载荷平衡方程；其次，根据本文提出的一种Hamrock-Dowson膜厚公式的修正方法，将修正后的膜厚公式应用于模型中膜厚的计算和修正部分；最后，应用直接迭代法对模型进行数值求解，分析不同的流变指数、椭圆率、卷吸速度和载荷对润滑脂膜厚和压力的影响，同时，对比了同一椭圆率、卷吸速度和载荷条件下牛顿流体的膜厚和压力变化趋势。【结果】结果表明，考虑了膜厚修正的模型求解结果更贴近试验数据；且随着卷吸速度和流变指数减小，脂膜厚度减小，脂膜压力在接触区越接近最大Hertz压力；随着椭圆率增大，脂膜压力峰值明显减小，脂膜厚度略微上升；相比于牛顿流体，载荷和卷吸速度对脂润滑的润滑膜厚和压力分布的影响较小。

  2025年08期 v.49;No.344 137-145页 [查看摘要][在线阅读][下载 1686K]
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• 立体车库双扣推送链自动连接接头研究及优化设计

  蒋于龙;付振明;马培栋;

  【目的】介绍了一种新型双扣推送链自动连接结构，将该结构应用于立体车库水平取送车装置中。但在实车寿命试验验证时，其连接接头频繁发生断裂故障。为了解决这一问题，深入分析自动连接接头故障成因，并优化设计方案，以增强接头的承载能力和耐用性。【方法】首先，为对比两种优化方案（套筒方案与滚子方案）的优劣并验证设计的有效性，采用有限元分析方法校核其静强度；然后，根据实车试验数据，分析推送链受力大小，对其进行静强度和疲劳试验，确保接头在实际应用中能够承受预期的负载而不发生失效。【结果】试验结果表明，静强度试验结果和计算结果相符，疲劳寿命提升至少20倍，优化后的连接接头在各项性能指标上均有显著提升，满足了推送链长期运行的需求。

  2025年08期 v.49;No.344 146-153页 [查看摘要][在线阅读][下载 1396K]
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开发应用

• 强背景噪声影响下的EEMD-FK-AMCKD滚动轴承微弱故障诊断方法

  谢贵重;徐帅强;杜文辽;罗双强;李浩;王良文;巩晓赟;

  【目的】针对振动信号受到强烈噪声干扰使得微弱特征难以准确捕获的问题，提出一种集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD）结合快速谱峭度（Fast Kurtogram,FK）和自适应最大相关峭度解卷积（Adaptive Maximum Correlation Kurtosis Deconvolution, AMCKD）的联合滤波方法。【方法】首先，对振动信号进行多尺度EEMD，得到若干本征模态函数（Intrinsic Mode Function, IMF），并以互相关系数、峭度为度量因子筛选IMF分量，进行信号重构；其次，基于快速谱峭度算法确定重构信号的载波频率、频带宽度和最大峭度值层数，设计带通滤波器进行滤波，并以粒子群优化（Particle Swarm Optimization, PSO）算法自适应确定MCKD参数，以AMCKD算法对滤波信号进行特征增强；最后，通过包络解调得到故障特征频率值，并与理论值比较，实现故障诊断。【结果】结果表明，所提方法能够实现强噪声干扰下的微弱特征提取，具有较好的抗噪鲁棒性，可为强背景噪声下轴承微弱特征识别研究提供参考。

  2025年08期 v.49;No.344 154-163页 [查看摘要][在线阅读][下载 2149K]
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• 柔轮齿廓参数优化和啮合特性分析软件开发

  范政武;刘宇杰;张瑞亮;

  【目的】为了提高谐波齿轮的啮合性能和设计效率，提出了一种以增大啮合共轭区间为目标的齿廓优化方法，并开发出设计分析软件。【方法】首先，基于谐波齿轮传动基本原理，建立了理论共轭区域、共轭齿廓的数学模型，求得刚轮齿廓；其次，通过遗传算法对柔轮齿廓参数进行优化，并对优化前后谐波齿轮的装配状态、运动轨迹、啮合侧隙进行了对比分析；最后，基于Matlab软件的App Designer模块开发出集成参数优化和啮合特性分析的软件。【结果】结果表明，优化后的啮合齿数增加了8个，增加了7%；齿廓间隙减小了34%；啮合区间增大了3.8°，增大了7.4%。所开发的软件为行业应用提供了一种高效的设计分析手段。

  2025年08期 v.49;No.344 164-169页 [查看摘要][在线阅读][下载 1253K]
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• 自升式海工平台升降系统载荷谱构建

  麦志辉;周展鹏;田承权;万珍平;

  【目的】以某自升式海工平台齿轮齿条升降系统为例，实采6个月的随机载荷数据，研究了自升式海工平台升降系统载荷谱的构建技术与方法。【方法】根据升降系统的载荷特性，采用雨流计数法对实测的主轴载荷进行处理，并使用旋转计数法将其转换为齿轮载荷谱，编制了该海工平台升降系统程序载荷谱；提出了海工平台升降系统载荷谱采集与编制方法。根据载荷谱，对升降系统爬升齿轮疲劳寿命进行了分析。【结果】损伤度最大的位置为爬升齿轮正齿面接触位置，损伤度仅为1.55×10~(-3)，疲劳寿命约为1.29×10~6 h，远远超出设计寿命。

  2025年08期 v.49;No.344 170-176页 [查看摘要][在线阅读][下载 1369K]
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