機械傳動國家重點實驗室 “小”齒輪大作為

4月28日，重慶大學機械傳動國家重點實驗室，技術人員正在調試機器人手臂彈琴。本組照片由首席記者龍帆攝/視覺重慶

4月28日，重慶大學機械傳動國家重點實驗室，技術人員正在測量不同型號的水潤滑軸承。該材料具有較好的自滑性和優良的抗摩擦性。

4月28日，重慶大學機械傳動國家重點實驗室，展示的側隙可調式平面包絡環面蝸杆傳動副。

　　四月二十八日，重慶大學機械傳動國家重點實驗室，關鍵零部件研制中心，技術人員正在安裝齒輪進行加工。

　　優美的鋼琴曲《致愛麗絲》從實驗室傳來，一隻會彈鋼琴的機械手，正靈活地在鍵盤上彈奏。

　　這是機械與藝術的完美結合，優雅而和諧的動作是依靠機器人關節減速器提供動力傳遞與運動變換來實現。高精度、高承載、輕量化、高可靠、長壽命的減速器是工業機器人的核心基礎部件。

　　類似這樣的創新，如復雜曲面齒輪的精密數控機床、航空葉片制造裝備、用水潤滑的軸承、非圓形的齒輪等……這些先進設計制造技術及裝備，在機械傳動國家重點實驗室還有很多。

　　在機械領域，各種機械的運動90%靠齒輪傳動。作為全球齒輪傳動領域的四大研究機構之一，機械傳動國家重點實驗室有怎樣的獨門絕技？5月7日，重慶日報記者走進實驗室一探究竟。

　　揭示復雜傳動零部件的原理、設計理論

　　創新思維引領重慶大學機械人不斷突破

　　機械傳動國家重點實驗室位於重慶大學A區民主湖畔。這是一棟5層的實驗樓。大廳兩側的展板展示了實驗室的發展歷程、成果及團隊。

　　“實驗室的發展經歷了機械化、信息化、智能化的過程。”實驗室副主任邵毅敏告訴重慶日報記者，在上世紀80年代，成立之初的實驗室還處於“解決有無”的階段。

　　就是那一時期，重慶大學老一輩機械傳動研究工作者，靠著長期潛心刻苦鑽研、深入企業加工現場實踐，破解了齒輪傳動最復雜的零部件——弧齒錐齒輪和准雙曲面齒輪的設計制造技術，於1986年獲國家教委科技進步一等獎，成果廣泛應用於汽車、航空、船舶、機床、工程機械等行業中。

　　實驗室攻克的平面二次包絡環面蝸杆技術，是軋鋼機、鑽井平台、軌道交通等重型機械裝備的關鍵技術。這個用平面二次包絡環面蝸杆技術生產的蝸輪和蝸杆，如今作為展品仍然放置在精密傳動系統實驗室。

　　記者在精密傳動系統實驗室，看見了這個直徑約一米的變齒厚蝸輪，旁邊放置著與之嚙合的環面蝸杆。

　　“作為機械傳動領域的關鍵元件，齒輪依靠連續嚙合傳遞運動和動力。”邵毅敏解釋，在設備安裝調試中，要把性能調到最優狀態，需要傳動副之間嚙合更精確。

　　平面二次包絡環面蝸杆技術的創新之處在於——在傳動副中心距不變的情況下，通過齒面設計與蝸輪軸向移動達到消除間隙、實現精密傳動的效果。這個巧妙的構思，獲得了尤利卡世界發明博覽會金獎。

　　還有實驗室發明的“曲線零件”新制造方法，採用直線和旋轉運動的空間組合來產生各種曲線，實現普通機床上加工特形零件的重大突破，獲國家技術發明獎二等獎，並在國內數百家公司得到推廣和應用。

　　近年來，在前沿基礎理論研究部分，實驗室首次發現了光機電多物理場耦合的光擾曲電現象，獲取迄今為止最大擾曲電系數，打破世界紀錄﹔提出機械傳動內激勵機理及接觸界面動力學理論，該理論的提出者獲國際學術組織成就獎，這是該組織成立34年來首次頒發該獎項。

　　歷經多年發展，實驗室部分成果已處於國際領跑水平，如應用實驗室成果研發的兆瓦級風電齒輪箱批量出口歐美等地﹔發明並制造的水潤滑橡膠合金軸承系列產品，應用於艦船推進系統與航空航天裝備。

　　人機物融合的研究

　　通過附加在零件上的芯片讓零件變得智能

　　大廳左右兩邊的通道是各種功能的實驗室，裡面研發出的各種齒輪、機械零部件，廣泛應用於航空航天、風力發電、汽車及軌道交通等領域。

　　隨著智能化時代的到來，實驗室也致力於讓機械零部件變得越來越“聰明”。

　　“低碳化、信息化、智能化是全球汽車產業的發展需求，動力傳動系統是實現該需求的關鍵核心技術所在。”該實驗室研究團隊相關負責人介紹，實驗室研發的各種自動變速器和輕/中/重度混合動力技術，形成並研制出一代代的自動變速器和混合動力產品，成果應用到各大汽車企業。

　　實驗室針對高性能齒輪精密制造，攻克了復雜修形齒輪精密制造難題，在國內率先研發出具有齒面扭曲消減、柔性修形等功能的磨齒機、大規格精密滾齒機等﹔為實現高性能復雜零部件智能制造，實驗室從方法、技術、裝備等方面創新，發明了七軸聯動數控砂帶磨削技術與裝備，研制超大型選擇性激光熔化裝備，建立數控機床可靠性管理體系，研發出齒輪自動化加工智能化監控與管理系統、機床裝備雲制造服務平台等智能制造關鍵技術。

　　“隨著‘智’造時代的到來，高端裝備更需要進行人機物融合的研究——即把計算機的存儲能力、計算能力與人的思考能力有機結合，通過附加在零件上的芯片讓零件變得智能。”該負責人介紹，下一步，實驗室將運用人機共融、智能感知、數字孿生等智能化新技術，在裝備上構建信息交互系統、開發遠程/無人運維功能等，讓每個零件能“交流”、會“說話”，從而讓裝備開發和運行更高效、更智能。

　　推動環保事業

　　用水替代礦物油作為潤滑劑

　　在實驗樓背后的重慶市機電傳動與智能控制工程技術研究中心裡，堆放著不少黃色的銅管和橡膠的復合件，旁邊還堆放著各種模具和成形設備。

　　這些銅管和橡膠的復合件就是經過170度高溫生產出來的水潤滑軸承。這是做什麼用的？

　　據介紹，軸承是建造大型船舶必須的傳動與支撐部件。常規的金屬軸承必須使用潤滑油，但礦物油不可再生，如果泄露將污染江河湖海。因此，在北美、歐洲都制定了標准，嚴禁在江河湖海中使用油潤滑金屬艉軸承。

　　王家序教授帶領的團隊，歷時五六年創造性地研發出水潤滑軸承。這些大大小小的水潤滑軸承，由金屬銅管外殼和橡膠內襯組成。團隊的創新之處在於：橡膠內襯由特殊的配方制成，這種橡膠能夠與水很好的結合，使軸承運轉時能夠形成水膜﹔在水潤滑軸承的內部，有6-8道圓弧凹槽，能夠進一步促進水膜的形成，同時還具有排沙功能。他們還發明了一種高強度粘接劑，這種粘接劑在170℃和18MPa（兆帕）的高溫高壓下，能使橡膠與銅管緊密粘接在一起。

　　如今，該團隊已發明並研制出600多個規格的新型高性能傳動件及系統，推廣應用於船舶、機械、石油、化工等領域，出口北美、歐洲和東南亞等30多個國家，實現產業化和國際化。

　　由於該類產品解決了船舶艉軸油污染水環境的重大難題，被批准為國家重點新產品，“水潤滑動密封非金屬軸承裝置”成果獲國家技術發明獎三等獎，“基於新型工程復合材料的高效傳動系統關鍵技術及產業化”成果獲國家科技進步獎二等獎，並被中國機械工程學會和國家自然科學基金委員會評為機械工業科學技術九大進展之一。

　　本報記者 任銳 李星婷