解讀機械的秘密

編者按：

對于一個國家而言，科技是軟實力。國家重點實驗室是一個行業科研水平最高標準的體現，也是一個國家科研水平最高標準的體現。我國重點實驗室在科學前沿探索和解決國家重大需求方面發揮了非常重要的作用，我們會對部分重點實驗室進行介紹，讓讀者走近科學大師，感觸科技前沿，提高科學文化素質。

在浩瀚的宇宙中，中國空間站一直在軌運行。為了讓空間站柔性太陽翼24小時不間斷追蹤太陽，保持最高狀態的發電效率，以保障空間站用電，中國空間站所在的問天實驗艙和夢天實驗艙都采用了一種特殊的機構——阿爾法對日定向驅動機構。通過這項機構可以實現太陽翼雙自由度同時轉動，確保每一縷陽光都垂直照射在太陽翼上。

阿爾法對日定向驅動機構如此重要，但很少有人知道，阿爾法對日定向驅動機構的核心對構齒輪傳動的研發，其靈感竟源自很多人兒時的一種游戲——滾鐵環。因為推著鐵環直走的時候，鐵環垂直于地面，推著鐵環拐彎的時候，鐵環與地面傾斜，因此在對“滾鐵環”這個現象進行深入研究后，這項對曲線與曲面接觸有很好誤差適應性的方案被提了出來。

提出這項方案的科研團隊正是高端裝備機械傳動全國重點實驗室的陳兵奎教授團隊。從2014年接到任務開始到成功發射升空，陳兵奎教授帶領團隊用時近8年，攻克了極端工作情況下對構齒輪設計理論與方法、多物理量作用下對構齒輪數字閉環精密加工與測量、擬實條件下對構齒輪加速疲勞壽命試驗技術與裝備等關鍵技術，由此也誕生了目前設計規模最大的、連續工作壽命最長的、傳輸功率最大的大型回轉運動類空間機構產品——阿爾法對日定向驅動機構。

高端裝備機械傳動全國重點實驗室，這樣的創新還有很多。比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……

1988年，高端裝備機械傳動全國重點實驗室經原國家計劃委員會批準，依托重慶大學建設，1991年通過國家驗收并正式對外開放，是我國首批工程技術領域的國家重點實驗室之一。2019年3月，被科技部在2018年工程領域和材料領域國家重點實驗室評估結果為工程領域整改類實驗室。2022年12月，通過優化重組為高端裝備機械傳動全國重點實驗室。

在機械領域，大部分機械運動靠齒輪傳動。高端裝備機械傳動全國重點實驗室多年來，一直致力于空、天、地、海高端裝備，精密、重載、高速、高可靠機械傳動核心基礎零部件“卡脖子”問題和重大戰略需求的科研攻關。目前，高端裝備機械傳動全國重點實驗室主要開展高性能機械傳動及其相關領域的應用和基礎研究，包括機械傳動設計理論、傳動系統性能測試與分析、傳動系統控制與智能化等領域。其擁有機械工程一級國家重點學科，設有機械設計及理論、機械制造及其自動化、機械電子工程、車輛工程4個博士點和機械工程博士后流動站。

近年來，高端裝備機械傳動全國重點實驗室在高性能傳動系統、智能傳動控制等方面取得一系列創新成果，如高質量完成了一系列國家重大科技任務，包括嫦娥四號生物科普試驗載荷、嫦娥五號著陸驗證系統、首次月面無人鉆取采樣任務、問天實驗艙和夢天實驗艙對日定向傳動機構、智能無人戰車集群等國家重大工程。

在國際上，高端裝備機械傳動全國重點實驗室首次發現了光撓曲電效應，創建了對構齒輪副新型嚙合理論，攻克了平面二次包絡環面蝸桿的設計理論與制造關鍵技術，破解了壟斷世界百年的格里森弧齒錐齒輪設計理論與制造方法，推動了我國在重載汽車、冶金裝備、海洋裝備、船舶、風電、機床等行業的技術進步及裝備的國產化。其中攻克平面二次包絡環面蝸桿的設計理論與制造關鍵技術。

在航發葉片精密加工方面，高端裝備機械傳動全國重點實驗室研制出了國際首臺七軸聯動砂帶磨床，并拓展至多品種混流、多工序集成的智能磨削裝備，實現了葉片高端數控砂帶磨削裝備從零到系列化的跨越。

歷經多年發展，高端裝備機械傳動全國重點實驗室部分成果已處于國際領跑水平，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；發明并制造的水潤滑橡膠合金軸承系列產品，應用于艦船推進系統與航空航天裝備。在高清裝備機械傳動全國重點實驗室的眾多研究中，無論是從高性能對構齒輪傳動系統到智能傳動控制系統，還是從深海探測專用傳動裝置到高速鐵路列車傳動單元，再到精密機械加工用傳動組件，每一項產品都凝聚了科研人員的心血和智慧。

如今，高端裝備機械傳動全國重點實驗室已成為我國機械傳動領域科學技術研究、高層次人才培育與匯聚、學術交流與合作的重要基地，同時也位列全球機械傳動領域的四大頂尖研究機構之一。相信經過科研人員的努力，隨著研究的深入，未來實驗室定將帶來更多令人振奮的科技成果，推動我國向制造強國的目標穩步前進。