动力传动与驱动

动力传动与驱动焦宗夏北京航空航天大学2011-10-13北京.北航“给我一个支点，我就可以撬动地球”F35地面试车一、内涵与研究范围发展背景三次工业革命是机电技术进步的三个重要标志蒸汽机时代，内燃机的发明，首次实现了利用人造能量驱动机械；电气时代，一种新的可控能源形式，实现了能量长距离传输，同时逐渐取代机械成为信息的载体；信息时代，计算机与通讯技术的发展极大地推动了信息技术的进步。内涵在机电系统中，需采用驱动与传动单元实现能量的转换、传递、分配，以实现运动形态的调控功能。驱动主要是实现相同或不同形式能量的转换，传动主要是根据负载的需求实现运动、能量的传递和分配。它是智能化、轻量化和多样化方向发展中不可或缺的关键基础部件。太行大推力涡扇发动机直升机减速器风力发电太阳能发电谐波齿轮RV传动减速器矿山机械齿轮工程机械月球探测车高分辨率对地观测卫星航空作动器发动机直驱泵变体飞行器驱动与传动多介质多形式高效驱动与传动精密驱动与传动基于功能材料的新型驱动驱动传动负载功能：原动机，产生基本运动、动力。

(电机、内燃机、液压泵、液力耦合器、磁、电场、功能材料等)功能：运动、能量变换、传递、分配。(机械传动、液体传动、气体传动等)高效、精密、复合、可靠驱动研究范围多介质多形式高效驱动与传动精密驱动与传动基于功能材料的新型驱动多介质多形式高效驱动与传动精密驱动与传动基于功能材料的新型驱动二、在国民经济、社会发展和学科发展中的重要意义

机械传动与驱动对机械学科的影响机构学与机械动力学机械传动与驱动复杂机电系统集成科学机械的表面/界面科学高精度、数字化制造高性能洁净成形制造机械的制造与运行参数及其精度测量机械结构与系统的安全服役理论生机电系统与仿生机械高能束与特种能场制造微纳机械学与微纳制造机电装备“机械系统创新”的四个支撑领域之一对国民经济和社会影响深远传动与驱动基础件已经严重制约国内大量关键产业的发展：徐工集团，1000亿产值，利润小于2%，ARJ21,大于200架才能盈利,数控机床,汽车大量采用国外基础件；航空元件可靠性，航空泵寿命，国内最高3000小时，A380：40000小时；国内飞行器或船舶舵机故障频发,可靠性问题亟待解决;气动能耗，2000亿度电/年，用电量占全国6%，效率只有5~20%，与空压机和气动元件密切相关;高精度对地观测成像、扫描显微镜控制SPM、天文观测,高精度转台、目标模拟器等对精密传动与驱动提出更高要求.国外挑战者号，密封件失效日本H2，舵机故障国家发展战略分析陈宜瑜：“这是深入落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要》的需要”：

68个优先发展主题之“5、制造业-

(26)基础件和通用部件”——“传动与驱动”是关键基础件之一；16项重大专项，大飞机、高档数控、对地观测等都是与驱动与传动密切相关项目——均与“传动与驱动”相关；交叉领域：27项前沿技术之“3、新材料技术(9)智能材料与结构技术”——“，与新材料的交叉是传动与驱动的重要前沿领域；18项基础研究之“3．面向国家重大战略需求的基础研究(8)极端环境条件下制造的科学基础；(10)支撑信息技术发展的科学基础”驱动与传动是机械学科的基础领域深化对机械的驱动与传动科学本质规律的理解和探索；提高我国自主品牌机械基础传动部件产品市场竞争力；提高重大装备研制所需的高效、高可靠功率传动技术的支撑能力；提高航空航天、IC制造、生物信息等领域所需精密传动、智能传动技术的创新能力。三、研究现状、存在问题和发展趋势分析

1、高效高可靠机械驱动与传动共性基础理论和核心机理

高性能多参数驱动和传动道依茨混合动力驱动部件大功率高速驱动与传动系统振动特性JSF联合攻击机电动静液舵机高效与绿色驱动与传动电机/泵一体化发动机直驱泵技术2、精密驱动与传动的设计制造及控制激光武器、空间光通信用中继镜高分辨率对地观测反射镜精密基础传动部件美国Riverhawk公司长寿命柔顺轴承转角范围：±15°，精度优于1urad，特点：

高的轴向径向刚度

无摩擦、无间隙无需润滑轴心偏差小工作温度范围宽（-240˚-650˚）•长寿命用途：卫星光谱仪反射镜传动机构美国MOOG公司两自由度传动装置双轴四框结构传动精度30uradSEAIPonUH-1航空遥感及侦察（美军红石技术中心）传动精度角秒级高分辨率对地观测反射镜

（传动精度角秒级）

欧洲超大口径天文望远镜（VLT）项目用反射镜传动机构一体化组件传动精度0.5角秒惯性约束核聚变动光栅精密拼接机构

5自由度超精密位姿调整机构

205mSingle25kJmodule平动精度要求在数十纳米转角精度要求优于1μrad。PI、MIT大行程多自由度位置、姿态调整机构

自适应光学用二自由度快速反射镜组件传动精度角秒级、带宽数百赫兹结构紧凑，负载、传动、传感、驱动一体化多自由度柔顺传动机构构高精度纳米级、角秒级高刚度伺服带宽数百赫兹多自由度直线与回转运动复合结构紧凑机电集成技术度高高可靠性长寿命发展需求5自由度（X,Y,Z,θx,θy)精密传动新方式的基础研究精密驱动与传动的性能成因和调控精密驱动与传动的机构－控制集成分析理论与方法压电纤维复合材料（MFC）固－液复合驱动器基于压电叠堆的MD-900复合驱动器双晶片型复合驱动器基于功能材料的驱动机理的研究3、基于功能材料的新型驱动与作动原理与方法

压电超声电机在自适应机翼控制中的应用MD-900直升机在其旋翼中嵌入压电驱动器控制小翼转角，明显降低了直升机噪音和振动功能材料复合驱动系统原理的研究基于压电纤维复合材料（MFC）的F/A－18垂尾的振动控制

基于形状记忆合金驱动器的波音777-300ER发动机GE-115B的尾喷口噪声控制功能材料驱动的多物理场耦合建模、分析、优化与控制功能材料驱动一体化设计理论研究智能材料与结构技术被列为国家27项前沿技术之一为国内开展新原理作动器与系统注入了新的活力发展路线绿色、健康、智能、轻量、精密主要问题原始创新成果偏少，特别是产生重要影响的发明和发现还不够多，影响还不够大；传动与驱动基础件已经严重制约国内大量关键产业的发展。过于依赖国外产品（如工程机械、大客、风电等）；受相关基础学科发展水平的制约：摩擦学、材料、制造、设计方法等。四、未来5～10年的研究前沿与重要科学问题

未来5~10年的优先发展领域研究前沿科学问题精密复合运动与力系统的创成机理、智能感知与控制方法

机械驱动与传动的能量传递、转换与作用规律

高效高可靠功率传递与能量调控

新型功能材料驱动

精密复合运动与力控制的新原理新方法

高性能高效高可靠功