解读机械的秘密

编者按：

对于一个国家而言，科技是软实力。国家重点实验室是一个行业科研水平最高标准的体现，也是一个国家科研水平最高标准的体现。我国重点实验室在科学前沿探索和解决国家重大需求方面发挥了非常重要的作用，我们会对部分重点实验室进行介绍，让读者走近科学大师，感触科技前沿，提高科学文化素质。

在浩瀚的宇宙中，中国空间站一直在轨运行。为了让空间站柔性太阳翼24小时不间断追踪太阳，保持最高状态的发电效率，以保障空间站用电，中国空间站所在的问天实验舱和梦天实验舱都采用了一种特殊的机构——阿尔法对日定向驱动机构。通过这项机构可以实现太阳翼双自由度同时转动，确保每一缕阳光都垂直照射在太阳翼上。

阿尔法对日定向驱动机构如此重要，但很少有人知道，阿尔法对日定向驱动机构的核心对构齿轮传动的研发，其灵感竟源自很多人儿时的一种游戏——滚铁环。因为推着铁环直走的时候，铁环垂直于地面，推着铁环拐弯的时候，铁环与地面倾斜，因此在对“滚铁环”这个现象进行深入研究后，这项对曲线与曲面接触有很好误差适应性的方案被提了出来。

提出这项方案的科研团队正是高端装备机械传动全国重点实验室的陈兵奎教授团队。从2014年接到任务开始到成功发射升空，陈兵奎教授带领团队用时近8年，攻克了极端工作情况下对构齿轮设计理论与方法、多物理量作用下对构齿轮数字闭环精密加工与测量、拟实条件下对构齿轮加速疲劳寿命试验技术与装备等关键技术，由此也诞生了目前设计规模最大的、连续工作寿命最长的、传输功率最大的大型回转运动类空间机构产品——阿尔法对日定向驱动机构。

高端装备机械传动全国重点实验室，这样的创新还有很多。比如复杂曲面齿轮的精密数控机床、航空叶片制造装备、用水润滑的轴承、非圆形的齿轮……

1988年，高端装备机械传动全国重点实验室经原国家计划委员会批准，依托重庆大学建设，1991年通过国家验收并正式对外开放，是我国首批工程技术领域的国家重点实验室之一。2019年3月，被科技部在2018年工程领域和材料领域国家重点实验室评估结果为工程领域整改类实验室。2022年12月，通过优化重组为高端装备机械传动全国重点实验室。

在机械领域，大部分机械运动靠齿轮传动。高端装备机械传动全国重点实验室多年来，一直致力于空、天、地、海高端装备，精密、重载、高速、高可靠机械传动核心基础零部件“卡脖子”问题和重大战略需求的科研攻关。目前，高端装备机械传动全国重点实验室主要开展高性能机械传动及其相关领域的应用和基础研究，包括机械传动设计理论、传动系统性能测试与分析、传动系统控制与智能化等领域。其拥有机械工程一级国家重点学科，设有机械设计及理论、机械制造及其自动化、机械电子工程、车辆工程4个博士点和机械工程博士后流动站。

近年来，高端装备机械传动全国重点实验室在高性能传动系统、智能传动控制等方面取得一系列创新成果，如高质量完成了一系列国家重大科技任务，包括嫦娥四号生物科普试验载荷、嫦娥五号着陆验证系统、首次月面无人钻取采样任务、问天实验舱和梦天实验舱对日定向传动机构、智能无人战车集群等国家重大工程。

在国际上，高端装备机械传动全国重点实验室首次发现了光挠曲电效应，创建了对构齿轮副新型啮合理论，攻克了平面二次包络环面蜗杆的设计理论与制造关键技术，破解了垄断世界百年的格里森弧齿锥齿轮设计理论与制造方法，推动了我国在重载汽车、冶金装备、海洋装备、船舶、风电、机床等行业的技术进步及装备的国产化。其中攻克平面二次包络环面蜗杆的设计理论与制造关键技术。

在航发叶片精密加工方面，高端装备机械传动全国重点实验室研制出了国际首台七轴联动砂带磨床，并拓展至多品种混流、多工序集成的智能磨削装备，实现了叶片高端数控砂带磨削装备从零到系列化的跨越。

历经多年发展，高端装备机械传动全国重点实验室部分成果已处于国际领跑水平，如应用实验室成果研发的兆瓦级风电齿轮箱批量出口欧美；发明并制造的水润滑橡胶合金轴承系列产品，应用于舰船推进系统与航空航天装备。在高清装备机械传动全国重点实验室的众多研究中，无论是从高性能对构齿轮传动系统到智能传动控制系统，还是从深海探测专用传动装置到高速铁路列车传动单元，再到精密机械加工用传动组件，每一项产品都凝聚了科研人员的心血和智慧。

如今，高端装备机械传动全国重点实验室已成为我国机械传动领域科学技术研究、高层次人才培育与汇聚、学术交流与合作的重要基地，同时也位列全球机械传动领域的四大顶尖研究机构之一。相信经过科研人员的努力，随着研究的深入，未来实验室定将带来更多令人振奋的科技成果，推动我国向制造强国的目标稳步前进。