人才培养和技术创新发展如何实现协同效应——以北京精密机电控制设备研究所精密传动机构团队为例

党的二十大报告指出,科技是第一生产力,人才是第一资源,创新是第一动力。北京精密机电控制设备研究所作为中国航天伺服技术的开创者、引领者,持续实施人才强企战略,在体制机制上不断创新突破。研究所精密传动机构团队自2012年成立以来,立足于高性能机电伺服技术对行星滚柱丝杠的需求,从零起步,历经技术探索、关键技术攻关。

新型精密传动机构设计与制造综述

新型精密传动机构设计理论与制造方法是当前基础科学领域研究的热点之一,围绕该主题,在国家自然科学基金委员会"双清论坛"研讨成果的基础上,结合国家重大需求和学科发展前沿,分析了精密传动领域在国民经济、社会发展和学科发展中面临的挑战;介绍了多介质多形式功率传动、精密复合传动、基于功能材料的新型驱动等领域的主要研究内容、研究热点及发展趋势;提出了未来5～10年该领域的优先资助建议。

精密传动系统的机电耦合建模及仿真分析

针对伺服系统中传动系统的机电耦合影响了系统的动态特性和响应特性,提出了基于伺服系统的精密传动系统的机电耦合因素,分析了机电系统耦合建模方法。以大型精密卧式加工中心伺服进给系统为研究对象,通过分析系统各组成环节的数学模型,得到了该系统的动态结构图,建立了该系统的机电耦合模型,仿真分析了精密传动系统的传动刚度和传动误差对伺服系统的影响。利用该模型可以分析参数变化对伺服进给系统稳定性和动态特性的影响,为参数优化提供了计算模型。

无隙钢球精密传动啮合副滑动特性研究

针对无隙钢球精密传动啮合副中钢球滚滑现象对传动精度的影响,运用啮合原理和转化机构运动学分析方法,提出采用弧长差表征啮合副滑动特性的方法,阐释了无隙钢球精密传动啮合副传动过程中钢球滑动产生的机理。建立了理论分析数学模型,分析了滑滚状态下啮合副在啮合传动过程中相对滑动速度和滑动率的变化规律,并绘制了其变化曲线。建立了无隙钢球精密传动啮合副三维实体,并利用ADAMS进行了运动学仿真分析。结果表明,啮合副传动过程存在微量滑动,钢球与中心盘啮合处的滑动速度和滑动率较大,磨损也较严重。

钢带长距离精密传动的应用研究

通过分析钢带传动的特点,提出钢带传动可以作为长距离精密传动的设想,并选择适当的张紧机构,在造纸机高精度“O”型扫描架上成功地实现了钢带的长距离精密传动。

伺服系统中精密传动装置精度分析

传动误差和回程误差是精密传动装置中两个最重要的精度指标。分析闭环伺服系统前向通道上精密传动装置的传动误差和回程误差对伺服系统性能的影响,提出计算方法。在此基础上,对谐波齿轮传动装置与行星齿轮传动装置进行实例对比分析,指出在闭环伺服系统中,谐波齿轮传动装置比行星齿轮传动装置的回程误差小,但谐波齿轮传动装置的传动误差对系统的影响大于行星齿轮传动装置。

超精密传动系统电机驱动器系统性能测试

文章介绍了基于扭轮摩擦传动机构的超精密传动系统的基本结构,设计并分析了电机驱动器测试系统及其工作原理,论述了电机-驱动器系统静态性能和动态性能的测试原理和评估方法。在静态条件下可以直接比较输入和输出数值,在动态条件下应排除时滞影响,分析输出和输入数值的随机偏差。分析了静态性能和动态性能的评估方法和评价条件公式,并在所设计的测试系统上对电机驱动器系统进行了测试,根据实验数据得出该系统静态和动态性能优良的结论并测量了电机-驱动器系统的滞后时间常数。

实时无隙钢球精密传动空间速度矢模型

针对实时无隙钢球精密传动机构中钢球的空间运动问题,根据微分几何理论,推导出了修正D-H变换矩阵,得到了传动机构钢球上任意一点相对于中心盘和组合行星盘的位置。利用转换机构法和空间几何建模理论,建立了钢球相对于中心盘和组合行星盘的空间相对速度矢模型。分析了传动机构摆线盘槽形角和钢球数对速度矢模型的影响。仿真结果与数值模拟结果的对比分析验证了空间速度矢模型的可靠性。

扭轮摩擦超精密传动机构设计

设计了一种采用扭轮摩擦传动原理的超精密传动机构,介绍了该机构的组成、特点。阐述了导轨的设计、扭轮螺母机构的设计与分析、扭轮结构的设计与分析、传动轴支撑的设计和浮动连接单元的分析与设计。所设计的扭轮螺母机构结构紧凑,扭轮和传动轴的夹角易于调整,经实践检测性能优良。

单侧钢带往复精密传动的方法研究

为满足变中心距轮轴之间精密传动的要求,在对钢带传动特点分析的基础上,提出了采用单边钢带进行两平行轮轴往复精密传动的设想,探讨了其实现的方法,并进行了传动误差分析。研究证明,通过文中方法,单钢带往复精密传动是完全可以实现和应用的,该结构既可满足变中心距轮轴之间精密传动的要求,又具有钢带传动的优点,在变中心距的传动中将会有更广泛的应用。

精密传动系统伺服驱动谐振抑制研究

精密传动系统中传动部件的客观柔性和低阻尼的特性,将导致系统不稳定和损坏系统的精密传动部件。通过建立动力学模型分析了产生谐振的原理。为了消除谐振带来的精密系统传动不精确的影响,提出一种基于扰动反馈观测器的谐振抑制方法。将精密减速器的转矩作为输出端的扰动,通过反馈系数K的调整有效地抑制了扰动对系统伺服控制精度的影响。仿真结果表明该方法对精密传动系统的谐振抑制是有效的,提高了系统的传动输出精度和运动的平稳性。

精密传动机构的动力学模型——录音机带速抖晃率分析

对盒式录音机机芯最重要的质量标准——带速抖晃率进行分析，建立了能分析各零件制造误差对放音带速抖晃率影响的动力学模型，并将用本模型进行大量计算的结果与实验结果进行对照。

单钢带变中心距精密传动的应用

为了实现连续变倍双目望远镜的两个目镜的同步转动,通过对连续变倍双目望远镜的目镜传动系统几种传动方案的特点进行分析对比,提出了采用单边钢带进行变中心距两平行轴轮往复精密传动的设计方法,而后根据理论力学知识,对钢带传动的几何结构参数进行了设计,并进行了受力分析检验,理论上验证了单边钢带进行变中心距往复精密传动的正确性,最后使传动系统运用到实际生产中,证明了单边钢带往复精密传动在连续变倍双目望远镜目镜变焦传动中的可行性。为变中心距两平行轴轮往复精密传动提供了一种新的方案。

伺服系统中精密传动链的制造

本文在介绍精密齿轮主要技术要求的基础上 ,分析了伺服系统中精密齿轮制造中的刀具安装、工件定位、装夹问题 ,以及氮化齿轮的变形和氮化层深度的计算问题 ,并就解决的方法与途径进行了探讨。

变中心距精密传动设计

传统的钢带传动主要用在固定中心距之间,通过对钢带传动特点的分析,提出了采用单边钢带进行两平行轴轮变中心距往复精密传动的设想,进而实现了该传动的设计方法,且对钢带传动的几何尺寸、受力分析情况及相关技术进行了分析和计算。

实时无隙钢球精密传动啮合副本体温度场分析

根据传热学理论,建立实时无隙钢球精密传动啮合副本体温度场的计算模型,结合机构的结构特点,推导出啮合副相对滑动速度、最大接触应力和摩擦因数的计算公式,建立了啮合副热流密度以及摆线槽啮合面、钢球表面和啮合副端面等区域的对流换热系数数学模型。通过有限元软件计算出啮合副本体温度场,分析了机构设计参数对本体温度场的影响规律。结果表明:中心盘的本体温度高于行星盘,且参数变化对啮合副本体温度场有较明显的影响。研究结果为实时无隙钢球精密传动啮合副热弹耦合分析与可靠性研究奠定了理论基础。

多轴精密传动实验平台设计及动态特性分析

传动实验平台的动态特性对精密减速器测试结果的精度和可靠性有重要影响。以自行研制的新型多轴精密传动实验平台为分析对象,基于赫兹接触理论提出了交叉滚子直线导轨结合部刚度的计算方法;根据交错轴减速器测试的实际工况,利用弹簧单元模拟导轨结合部的接触特性,建立了实验平台在极限位置下的动力学模型;在此基础上利用有限元方法进行了理论模态分析,获得了平台的前4阶固有频率和模态振型;最后通过样机测试对平台的动态特性加以验证,得到平台实际工况下的最大振动速度为0.487mm/s。结果表明该新型传动实验平台满足精密设备的振动标准,具有良好的动态性能。

实时无隙钢球精密传动等速啮合副闪温研究

根据机构的结构特点和闪温理论,研究实时无隙精密钢球传动等速啮合副瞬时接触温升规律,推导出啮合副中各接触点的相对滑动速度、最大接触应力和摩擦功率的计算公式,建立了等速啮合副瞬时接触温升的数学分析模型。通过Matlab编程绘制出一个运动周期内啮合副最大接触应力的变化曲线,计算出不同设计参数下机构的额定载荷,得到一个运动周期内啮合副中最大闪温的变化曲线,并分析了设计参数对最大闪温的影响。结果表明:啮合副闪温的最大值出现在环槽内侧钢球位置角为π时,设计参数对机构最大闪温有较明显的影响。研究结果为无隙钢球精密传动等速啮合副胶合强度分析与热力耦合分析奠定了理论基础。

双电机精密传动机构消隙方法研究

针对双电机精密传动机构两路传动链间隙引起的速度波动大与冲击的问题,对系统的间隙消除方法展开了研究。建立了包含行星减速器输出端齿轮与大齿圈啮合间隙的机构动力学模型,通过模型仿真分析了传动链间隙大小对系统特性的影响;在此基础上,提出了基于速度指令的动态偏置力矩和基于差速负反馈的交叉耦合同步控制相结合的复合消隙方法。搭建了双电机精密传动机构实验测试装置,进行了消隙方法的验证实验。实验结果表明,在简单的速度闭环情况下,所提的复合消隙方法不仅能够保证完全消除系统间隙,还可以将系统速度跟踪精度最大提高73.38%,启动阶段的冲击幅值最大衰减76.35%。研究成果为双电机精密传动机构高精度控制方法的进一步研究打下基础,为齿轮传动系统间隙的消除提供了一种参考方案。

机械精密传动消隙结构分析与研究

为提高机械传动系统的传动精度,在精密传动中通常运用消隙结构来实现高精度的物理要素传递和满足使用需求。在分析间隙对传动精度影响的基础上,通过对直齿轮传动消隙、斜齿轮传动消隙、蜗轮蜗杆传动消隙、滚珠螺旋传动消隙和双电机消隙等不同消隙结构、原理、应用和发展进行了分析和研究。为精密传动系统设计和工程应用提供有价值的技术支持和参考。