動(dòng)力傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)

動(dòng)力傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)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(dòng)地球”F35地面試車(chē)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(dòng)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(zhǎng)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(dòng)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(dòng)與傳動(dòng)單元實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換、傳遞、分配，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形態(tài)的調(diào)控功能。驅(qū)動(dòng)主要是實(shí)現(xiàn)相同或不同形式能量的轉(zhuǎn)換，傳動(dòng)主要是根據(jù)負(fù)載的需求實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)、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(dòng)機(jī)直升機(jī)減速器風(fēng)力發(fā)電太陽(yáng)能發(fā)電諧波齒輪RV傳動(dòng)減速器礦山機(jī)械齒輪工程機(jī)械月球探測(cè)車(chē)高分辨率對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星航空作動(dòng)器發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)泵變體飛行器驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)多介質(zhì)多形式高效驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)精密驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)基于功能材料的新型驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)負(fù)載功能：原動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生基本運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力。

(電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、液壓泵、液力耦合器、磁、電場(chǎng)、功能材料等)功能：運(yùn)動(dòng)、能量變換、傳遞、分配。(機(jī)械傳動(dòng)、液體傳動(dòng)、氣體傳動(dòng)等)高效、精密、復(fù)合、可靠驅(qū)動(dòng)研究范圍多介質(zhì)多形式高效驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)精密驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)基于功能材料的新型驅(qū)動(dòng)多介質(zhì)多形式高效驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)精密驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)基于功能材料的新型驅(qū)動(dòng)二、在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和學(xué)科發(fā)展中的重要意義

機(jī)械傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)對(duì)機(jī)械學(xué)科的影響機(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)械動(dòng)力學(xué)機(jī)械傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)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(cè)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(chǎng)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(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響深遠(yuǎn)傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)件已經(jīng)嚴(yán)重制約國(guó)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(rùn)小于2%，ARJ21,大于200架才能盈利,數(shù)控機(jī)床,汽車(chē)大量采用國(guó)外基礎(chǔ)件；航空元件可靠性，航空泵壽命，國(guó)內(nèi)最高3000小時(shí)，A380：40000小時(shí)；國(guó)內(nèi)飛行器或船舶舵機(jī)故障頻發(fā),可靠性問(wèn)題亟待解決;氣動(dòng)能耗，2000億度電/年，用電量占全國(guó)6%，效率只有5~20%，與空壓機(jī)和氣動(dòng)元件密切相關(guān);高精度對(duì)地觀測(cè)成像、掃描顯微鏡控制SPM、天文觀測(cè),高精度轉(zhuǎn)臺(tái)、目標(biāo)模擬器等對(duì)精密傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)提出更高要求.國(guó)外挑戰(zhàn)者號(hào)，密封件失效日本H2，舵機(jī)故障國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略分析陳宜瑜：“這是深入落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)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(dòng)與驅(qū)動(dòng)”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(duì)地觀測(cè)等都是與驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)密切相關(guān)項(xiàng)目——均與“傳動(dòng)與驅(qū)動(dòng)”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(dòng)與驅(qū)動(dòng)的重要前沿領(lǐng)域；18項(xiàng)基礎(chǔ)研究之“3．面向國(guó)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(dòng)與傳動(dòng)是機(jī)械學(xué)科的基礎(chǔ)領(lǐng)域深化對(duì)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)科學(xué)本質(zhì)規(guī)律的理解和探索；提高我國(guó)自主品牌機(jī)械基礎(chǔ)傳動(dòng)部件產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；提高重大裝備研制所需的高效、高可靠功率傳動(dòng)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(dòng)、智能傳動(dòng)技術(shù)的創(chuàng)新能力。三、研究現(xiàn)狀、存在問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)分析

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

高性能多參數(shù)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)道依茨混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件大功率高速驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)特性JSF聯(lián)合攻擊機(jī)電動(dòng)靜液舵機(jī)高效與綠色驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)電機(jī)/泵一體化發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)泵技術(shù)2、精密驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)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(duì)地觀測(cè)反射鏡精密基礎(chǔ)傳動(dòng)部件美國(guó)Riverhawk公司長(zhǎng)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(wú)摩擦、無(wú)間隙無(wú)需潤(rùn)滑軸心偏差小工作溫度范圍寬（-240?-650?）?長(zhǎng)壽命用途：衛(wèi)星光譜儀反射鏡傳動(dòng)機(jī)構(gòu)美國(guó)MOOG公司兩自由度傳動(dòng)裝置雙軸四框結(jié)構(gòu)傳動(dòng)精度30uradSEAIPonUH-1航空遙感及偵察（美軍紅石技術(shù)中心）傳動(dòng)精度角秒級(jí)高分辨率對(duì)地觀測(cè)反射鏡

（傳動(dòng)精度角秒級(jí)）

歐洲超大口徑天文望遠(yuǎn)鏡（VLT）項(xiàng)目用反射鏡傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一體化組件傳動(dòng)精度0.5角秒慣性約束核聚變動(dòng)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(dòng)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(dòng)精度角秒級(jí)、帶寬數(shù)百赫茲結(jié)構(gòu)緊湊，負(fù)載、傳動(dòng)、傳感、驅(qū)動(dòng)一體化多自由度柔順傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)高精度納米級(jí)、角秒級(jí)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(dòng)復(fù)合結(jié)構(gòu)緊湊機(jī)電集成技術(shù)度高高可靠性長(zhǎng)壽命發(fā)展需求5自由度（X,Y,Z,θx,θy)精密傳動(dòng)新方式的基礎(chǔ)研究精密驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)的性能成因和調(diào)控精密驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)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(dòng)器基于壓電疊堆的MD-900復(fù)合驅(qū)動(dòng)器雙晶片型復(fù)合驅(qū)動(dòng)器基于功能材料的驅(qū)動(dòng)機(jī)理的研究3、基于功能材料的新型驅(qū)動(dòng)與作動(dòng)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(dòng)器控制小翼轉(zhuǎn)角，明顯降低了直升機(jī)噪音和振動(dòng)功能材料復(fù)合驅(qū)動(dòng)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(dòng)控制

基于形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器的波音777-300ER發(fā)動(dòng)機(jī)GE-115B的尾噴口噪聲控制功能材料驅(qū)動(dòng)的多物理場(chǎng)耦合建模、分析、優(yōu)化與控制功能材料驅(qū)動(dòng)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(guó)家27項(xiàng)前沿技術(shù)之一為國(guó)內(nèi)開(kāi)展新原理作動(dòng)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(wèn)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(dòng)與驅(qū)動(dòng)基礎(chǔ)件已經(jīng)嚴(yán)重制約國(guó)內(nèi)大量關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。過(guò)于依賴國(guó)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(lái)5～10年的研究前沿與重要科學(xué)問(wèn)題

未來(lái)5~10年的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域研究前沿科學(xué)問(wèn)題精密復(fù)合運(yùn)動(dòng)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(dòng)與傳動(dòng)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(dòng)

精密復(fù)合運(yùn)動(dòng)與力控制的新原理新方法

高性能高效高可靠功