動力傳動與驅(qū)動

動力傳動與驅(qū)動焦宗夏北京航空航天大學(xué)2011-10-13北京.北航“給我一個(gè)支點(diǎn)，我就可以撬動地球”F35地面試車一、內(nèi)涵與研究范圍發(fā)展背景三次工業(yè)革命是機(jī)電技術(shù)進(jìn)步的三個(gè)重要標(biāo)志蒸汽機(jī)時(shí)代，內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明，首次實(shí)現(xiàn)了利用人造能量驅(qū)動機(jī)械；電氣時(shí)代，一種新的可控能源形式，實(shí)現(xiàn)了能量長距離傳輸，同時(shí)逐漸取代機(jī)械成為信息的載體；信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)的發(fā)展極大地推動了信息技術(shù)的進(jìn)步。內(nèi)涵在機(jī)電系統(tǒng)中，需采用驅(qū)動與傳動單元實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、傳遞、分配，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動形態(tài)的調(diào)控功能。驅(qū)動主要是實(shí)現(xiàn)相同或不同形式能量的轉(zhuǎn)換，傳動主要是根據(jù)負(fù)載的需求實(shí)現(xiàn)運(yùn)動、能量的傳遞和分配。它是智能化、輕量化和多樣化方向發(fā)展中不可或缺的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件。太行大推力渦扇發(fā)動機(jī)直升機(jī)減速器風(fēng)力發(fā)電太陽能發(fā)電諧波齒輪RV傳動減速器礦山機(jī)械齒輪工程機(jī)械月球探測車高分辨率對地觀測衛(wèi)星航空作動器發(fā)動機(jī)直驅(qū)泵變體飛行器驅(qū)動與傳動多介質(zhì)多形式高效驅(qū)動與傳動精密驅(qū)動與傳動基于功能材料的新型驅(qū)動驅(qū)動傳動負(fù)載功能：原動機(jī)，產(chǎn)生基本運(yùn)動、動力。

(電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、液壓泵、液力耦合器、磁、電場、功能材料等)功能：運(yùn)動、能量變換、傳遞、分配。(機(jī)械傳動、液體傳動、氣體傳動等)高效、精密、復(fù)合、可靠驅(qū)動研究范圍多介質(zhì)多形式高效驅(qū)動與傳動精密驅(qū)動與傳動基于功能材料的新型驅(qū)動多介質(zhì)多形式高效驅(qū)動與傳動精密驅(qū)動與傳動基于功能材料的新型驅(qū)動二、在國民經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展和學(xué)科發(fā)展中的重要意義

機(jī)械傳動與驅(qū)動對機(jī)械學(xué)科的影響機(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)械動力學(xué)機(jī)械傳動與驅(qū)動復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)集成科學(xué)機(jī)械的表面/界面科學(xué)高精度、數(shù)字化制造高性能潔凈成形制造機(jī)械的制造與運(yùn)行參數(shù)及其精度測量機(jī)械結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的安全服役理論生機(jī)電系統(tǒng)與仿生機(jī)械高能束與特種能場制造微納機(jī)械學(xué)與微納制造機(jī)電裝備“機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新”的四個(gè)支撐領(lǐng)域之一對國民經(jīng)濟(jì)和社會影響深遠(yuǎn)傳動與驅(qū)動基礎(chǔ)件已經(jīng)嚴(yán)重制約國內(nèi)大量關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展：徐工集團(tuán)，1000億產(chǎn)值，利潤小于2%，ARJ21,大于200架才能盈利,數(shù)控機(jī)床,汽車大量采用國外基礎(chǔ)件；航空元件可靠性，航空泵壽命，國內(nèi)最高3000小時(shí)，A380：40000小時(shí)；國內(nèi)飛行器或船舶舵機(jī)故障頻發(fā),可靠性問題亟待解決;氣動能耗，2000億度電/年，用電量占全國6%，效率只有5~20%，與空壓機(jī)和氣動元件密切相關(guān);高精度對地觀測成像、掃描顯微鏡控制SPM、天文觀測,高精度轉(zhuǎn)臺、目標(biāo)模擬器等對精密傳動與驅(qū)動提出更高要求.國外挑戰(zhàn)者號，密封件失效日本H2，舵機(jī)故障國家發(fā)展戰(zhàn)略分析陳宜瑜：“這是深入落實(shí)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》的需要”：

68個(gè)優(yōu)先發(fā)展主題之“5、制造業(yè)-

(26)基礎(chǔ)件和通用部件”——“傳動與驅(qū)動”是關(guān)鍵基礎(chǔ)件之一；16項(xiàng)重大專項(xiàng)，大飛機(jī)、高檔數(shù)控、對地觀測等都是與驅(qū)動與傳動密切相關(guān)項(xiàng)目——均與“傳動與驅(qū)動”相關(guān)；交叉領(lǐng)域：27項(xiàng)前沿技術(shù)之“3、新材料技術(shù)(9)智能材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)”——“，與新材料的交叉是傳動與驅(qū)動的重要前沿領(lǐng)域；18項(xiàng)基礎(chǔ)研究之“3．面向國家重大戰(zhàn)略需求的基礎(chǔ)研究(8)極端環(huán)境條件下制造的科學(xué)基礎(chǔ)；(10)支撐信息技術(shù)發(fā)展的科學(xué)基礎(chǔ)”驅(qū)動與傳動是機(jī)械學(xué)科的基礎(chǔ)領(lǐng)域深化對機(jī)械的驅(qū)動與傳動科學(xué)本質(zhì)規(guī)律的理解和探索；提高我國自主品牌機(jī)械基礎(chǔ)傳動部件產(chǎn)品市場競爭力；提高重大裝備研制所需的高效、高可靠功率傳動技術(shù)的支撐能力；提高航空航天、IC制造、生物信息等領(lǐng)域所需精密傳動、智能傳動技術(shù)的創(chuàng)新能力。三、研究現(xiàn)狀、存在問題和發(fā)展趨勢分析

1、高效高可靠機(jī)械驅(qū)動與傳動共性基礎(chǔ)理論和核心機(jī)理

高性能多參數(shù)驅(qū)動和傳動道依茨混合動力驅(qū)動部件大功率高速驅(qū)動與傳動系統(tǒng)振動特性JSF聯(lián)合攻擊機(jī)電動靜液舵機(jī)高效與綠色驅(qū)動與傳動電機(jī)/泵一體化發(fā)動機(jī)直驅(qū)泵技術(shù)2、精密驅(qū)動與傳動的設(shè)計(jì)制造及控制激光武器、空間光通信用中繼鏡高分辨率對地觀測反射鏡精密基礎(chǔ)傳動部件美國Riverhawk公司長壽命柔順軸承轉(zhuǎn)角范圍：±15°，精度優(yōu)于1urad，特點(diǎn)：

高的軸向徑向剛度

無摩擦、無間隙無需潤滑軸心偏差小工作溫度范圍寬（-240?-650?）?長壽命用途：衛(wèi)星光譜儀反射鏡傳動機(jī)構(gòu)美國MOOG公司兩自由度傳動裝置雙軸四框結(jié)構(gòu)傳動精度30uradSEAIPonUH-1航空遙感及偵察（美軍紅石技術(shù)中心）傳動精度角秒級高分辨率對地觀測反射鏡

（傳動精度角秒級）

歐洲超大口徑天文望遠(yuǎn)鏡（VLT）項(xiàng)目用反射鏡傳動機(jī)構(gòu)一體化組件傳動精度0.5角秒慣性約束核聚變動光柵精密拼接機(jī)構(gòu)

5自由度超精密位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)

205mSingle25kJmodule平動精度要求在數(shù)十納米轉(zhuǎn)角精度要求優(yōu)于1μrad。PI、MIT大行程多自由度位置、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)

自適應(yīng)光學(xué)用二自由度快速反射鏡組件傳動精度角秒級、帶寬數(shù)百赫茲結(jié)構(gòu)緊湊，負(fù)載、傳動、傳感、驅(qū)動一體化多自由度柔順傳動機(jī)構(gòu)構(gòu)高精度納米級、角秒級高剛度伺服帶寬數(shù)百赫茲多自由度直線與回轉(zhuǎn)運(yùn)動復(fù)合結(jié)構(gòu)緊湊機(jī)電集成技術(shù)度高高可靠性長壽命發(fā)展需求5自由度（X,Y,Z,θx,θy)精密傳動新方式的基礎(chǔ)研究精密驅(qū)動與傳動的性能成因和調(diào)控精密驅(qū)動與傳動的機(jī)構(gòu)－控制集成分析理論與方法壓電纖維復(fù)合材料（MFC）固－液復(fù)合驅(qū)動器基于壓電疊堆的MD-900復(fù)合驅(qū)動器雙晶片型復(fù)合驅(qū)動器基于功能材料的驅(qū)動機(jī)理的研究3、基于功能材料的新型驅(qū)動與作動原理與方法

壓電超聲電機(jī)在自適應(yīng)機(jī)翼控制中的應(yīng)用MD-900直升機(jī)在其旋翼中嵌入壓電驅(qū)動器控制小翼轉(zhuǎn)角，明顯降低了直升機(jī)噪音和振動功能材料復(fù)合驅(qū)動系統(tǒng)原理的研究基于壓電纖維復(fù)合材料（MFC）的F/A－18垂尾的振動控制

基于形狀記憶合金驅(qū)動器的波音777-300ER發(fā)動機(jī)GE-115B的尾噴口噪聲控制功能材料驅(qū)動的多物理場耦合建模、分析、優(yōu)化與控制功能材料驅(qū)動一體化設(shè)計(jì)理論研究智能材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)被列為國家27項(xiàng)前沿技術(shù)之一為國內(nèi)開展新原理作動器與系統(tǒng)注入了新的活力發(fā)展路線綠色、健康、智能、輕量、精密主要問題原始創(chuàng)新成果偏少，特別是產(chǎn)生重要影響的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)還不夠多，影響還不夠大；傳動與驅(qū)動基礎(chǔ)件已經(jīng)嚴(yán)重制約國內(nèi)大量關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。過于依賴國外產(chǎn)品（如工程機(jī)械、大客、風(fēng)電等）；受相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科發(fā)展水平的制約：摩擦學(xué)、材料、制造、設(shè)計(jì)方法等。四、未來5～10年的研究前沿與重要科學(xué)問題

未來5~10年的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域研究前沿科學(xué)問題精密復(fù)合運(yùn)動與力系統(tǒng)的創(chuàng)成機(jī)理、智能感知與控制方法

機(jī)械驅(qū)動與傳動的能量傳遞、轉(zhuǎn)換與作用規(guī)律

高效高可靠功率傳遞與能量調(diào)控

新型功能材料驅(qū)動

精密復(fù)合運(yùn)動與力控制的新原理新方法

高性能高效高可靠功