新型刚—柔复合高可靠精密传动应用基础研究

According to the significant demands of precision transmission device for developing high-end equipment in the area of aerospace and national defense weapons, this project focus on the commonality and challenge issues of traditional precise gear transmission system on the manufacturing precision and service reliability under the extremely conditions, introducing the concept of integration of drive, transmission, sensor and control system to realize precision transmission. Based on the deflection compatibility design method, a rigidity-flexibility gear transmission system is proposed by introducing the rubber into traditional rigid gear as a flexible part, in order to realize high reliability and precision transmission. The dynamic friction model and the global coupled dynamical model are conducted to evaluate the regulating-controlling principles of force, displacement and movement performance in the rigidity-flexibility gear transmission system, in order to develop a theoretical basis for its intelligent control method. Therefore, this research will reveal an innovative thought and method for solving the commonality and challenge issues of high reliability and precision transmission device, which has scientific significance and practical values for advancing the technical level of the precision transmission device.

本项目旨在根据我国航空、航天、国防武器等领域中高端装备发展对精密传动部件的重大需求，针对传统精密齿轮传动的加工制造精度及其在极端工况环境下服役的可靠性难以保证这一共性关键难题，以驱动—传动—传感—控制的集成实现精密传动为总体思路，将金属橡胶作为柔性构件与传统刚性齿轮传动结合，采用变形协调设计方法提出新型的刚—柔复合齿轮传动以实现高可靠的精密传动；并建立其动态摩擦模型与全局耦合动力学模型，掌握力、位移与运动性能的调控原理，为其智能控制策略的提出提供理论依据。项目的研究为解决高可靠精密传动部件所存在的共性关键问题提供新思路和新方法，对提高我国高性能精密传动部件的技术水平具有重要科学意义和工程实用价值。

针对特殊工况与极端环境下重大装备中齿轮装置的精度与可靠性难以同时保证这一共性与关键科学问题，本项目将金属橡胶构件应用到传统齿轮传动中提出新型刚—柔复合齿轮传动方式及其变形协调设计方法，通过弹性构件的可控弹性变形实现微精密传动以及恶劣工况条件下的自适应调整，以提高传统齿轮传动的精度与可靠性。围绕结构—控制一体化的精密传动实现策略，针对新型刚—柔复合精密齿轮传动内部结构的复杂性，考虑真实粗糙表面、润滑剂流变特性以及柔性构件弹性变形，研究不同润滑状态下温度、载荷与相对运动速度对刚柔复合齿轮传动摩擦特性的作用机制与演化规律，建立了各润滑状态下反应齿轮传动界面真实摩擦现象的动态摩擦模型；在此基础上考虑工况环境、传动界面摩擦、金属橡胶的动态刚度和阻尼对其动力学特性的影响，建立了描述其力、位移和能量传递行为的刚—柔全局耦合动力学模型；并结合刚—柔复合齿轮传动装置的动态刚度与传动精度试验，研究其传动过程中的迟滞与振荡特性，建立其传动精度与动力学性能成因的理论模型，掌握了刚柔复合传动的运动与力性能的调控原理。项目研究成果为解决高可靠精密传动部件所存在的共性关键问题提供新思路和新方法，并在航空航天、武器装备领域进行了推广应用。在国内外重要期刊上发表论文9篇，其中SCI 6篇、EI 2篇、CSCD 1篇，申请并公开国家发明专利 3项，获教育部科技进步一等奖1项（第9完成人），参加国内学术会议7人次（2017年度全国小模数齿轮技术研讨会作大会特邀报告），参加国际学术会议3人次（作分组报告2人次）；协助培养硕士研究生3人，博士研究生1人。