为了解决电子机械制动系统中制动执行器与制动踏板之间无直接机械或液压连接导致无法反馈路感的问题，提出一种基于磁流变阻尼器的制动踏板感觉模拟器。

以Ansys/Maxwell和Matlab/Simulink为平台，分别进行下沉式制动踏板感觉模拟器的结构设计、磁流变阻尼器的结构设计、磁路分析及电磁仿真，并在不同工况下进行了整个系统的传统比例积分微分（Proportional-Integral-Derivative, PID）及模糊自适应PID控制的仿真分析对比。

仿真结果表明，该制动踏板感觉模拟器能较好地跟踪不同工况下的传统踏板特性曲线，适用性广；相较于传统PID的控制效果，模糊自适应PID控制的控制精度更高、控制误差更小，具有良好的应用前景。

为解决微位移平台大行程设计中传统转动副存在的摩擦与间隙问题，提出一种新型二级复合放大机构设计方案，旨在通过结构创新实现高精度、大行程的位移放大效果。

基于材料力学理论建立静力学模型；采用柔性铰链杠杆放大机构与桥式放大机构相结合的二级放大结构，以压电陶瓷为驱动源，通过Matlab软件建立参数优化模型；系统分析关键结构参数对放大比例和输入刚度的影响规律，确定最优参数组合；采用有限元分析方法对优化后的结构进行多物理场仿真验证。

优化后，机构实现了13.1倍位移放大比例，固有频率达92.2 Hz；放大比例、固有频率的理论计算与仿真结果的最大误差分别为2.4%、3.5%，证明了结构的可行性。

圆管带式输送机作为重要的散装物料环保运输设备，其输送带横向弯曲刚度的量化至关重要。研究旨在解决钢丝绳芯输送带横向弯曲刚度的量化问题。

首先，通过分析标准ISO 703：2017，确定了横向弯曲刚度的测量分析方法；其次，建立了圆管带式输送机钢丝绳芯输送带的数值模型及3D仿真模型，利用数值分析法和有限元法获取了不同方案下的输送带变形数据；最后，通过误差分析对比，论证了模型的合理性；并基于钢丝绳芯输送带的弹性模量、线质量及截面几何参数对成槽性的函数依赖关系，建立了输送带横向弯曲刚度的广义挠度公式。

研究结果为解决圆管带式输送机输送带横向弯曲刚度的量化问题提供了新视角，并为设备的设计与工程实践奠定了基础。

针对滚动轴承剩余寿命预测中存在的振动信号噪声干扰及不同工况下数据分布偏移问题，提出一种结合深度残差收缩网络（Deep Residual Shrinkage Network, DRSN）与对抗式领域自适应（Adversarial Domain Adaptation, ADA）的健康状态评估方法，以提高寿命预测的精度与泛化能力。

首先，构建了深度残差收缩网络和对抗式领域自适应健康状态评估模型，并利用DRSN可以规避振动信号中的噪声并自适应提取轴承退化特征的性能，构建了健康指标曲线；其次，利用ADA使测试集健康指标和训练集健康指标分布对齐；最后，将DRSN-ADA模型输出的健康指标输入到卷积长短时记忆（Convolutional Long Short-Term Memory, ConvLSTM）网络模型中，实现了剩余寿命预测。

结果表明，在XJTU-SY数据集及工程试验中，DRSN-ADA所构建的健康指标在单调性、鲁棒性和关联性上均优于对比方法，其均值分别达0.61、0.97与0.98；寿命预测结果的均方误差与平均绝对误差均值分别为2.52%与2.19%，平均得分为0.86，显著优于ResNet、主成分分析及均方根方法，验证了该方法在噪声抑制与跨工况预测方面的有效性。

针对传统电磁抓取器存在的断电失磁风险与高能耗，以及永磁抓取器存在磁力主动调控功能缺失等问题，提出一种磁极旋转式轻型抓取器及优化方法。

基于磁通连续原理与磁场叠加效应，通过协同调控磁极旋转角、几何尺寸与提离间隙，构建了“理论分析-数值仿真-试验验证”的寻优策略，最终获取磁极结构参数的全局最优解。

仿真和试验结果表明，设计的磁力抓取器在一定单位质量下的磁吸附性能均优于现有模型，具有结构紧凑、控制简单、近似线性控制的特点，应用场景广泛。

为了解决传统下假肢膝关节阻尼力固定、拟人性差等问题，设计了满足人体下假肢膝关节减振需求的磁流变阻尼器。

通过理论计算，得到了平地行走和平地跑动时膝关节摆动相所需的最大阻尼力，分别为179.6 N和1 377 N；为了适应下假肢的运动状态，设计了满足膝关节摆动相所需阻尼力的减振器；通过数值仿真和试验研究，分析了外磁场扰动和温升效应对磁流变阻尼器动力学特性的影响；并利用下假肢膝关节模拟装置进行了外磁场扰动和温升效应对下假肢膝关节动力学特性影响的试验。

结果表明，随着施加的外扰动磁场磁感应强度的增大，磁流变阻尼器输出的阻尼力增大；在相同条件下，随着磁流变液温度的升高，磁流变阻尼器输出的阻尼力减小；在膝关节的摆动前期和摆动中期的前半阶段，随着外扰动磁场磁感应强度的增大，膝关节运动的滞后性增强，角度误差增大；当外扰动磁场磁感应强度分别为10、20、30 mT时，下假肢膝关节的最大弯曲角度分别为59.0°、57.8°、55.7°，最大角度误差分别达到3.0°、6.8°、11.9°；随着磁流变液温度的升高，膝关节运动的滞后性增强，角度误差增大；当阻尼器温度分别升至30、35、40 ℃时，下假肢膝关节的最大弯曲角度分别为57.1°、54.0°、49.8°，最大角度误差分别达到1.9°、5.1°、9.8°。此结论为基于磁流变阻尼器的下假肢膝关节的设计和优化奠定了基础。

磁场交替变换会引起机械部件的振动，从而产生噪声。电磁激振力与电磁转矩的波动是造成电磁振动噪声的主要原因。为了分析电磁激振力与电磁转矩波动的产生机制与作用规律，针对一台9对极16槽的开槽盘式异步磁力耦合器，进行了电磁振动噪声分析。

首先，运用磁势磁导法与麦克斯韦应力张量法，推导出气隙磁密和电磁激振力的理论公式；并结合有限元仿真，得到了气隙磁密和电磁激振力傅里叶分解后的各谐波阶次幅值。其次，基于能量法，推导出齿槽转矩的表达式；运用有限元仿真，得到了磁力耦合器运行时产生的齿槽转矩及电磁转矩波动。再次，建立了电磁-结构-声学多物理场耦合模型；运用模态叠加法，得到了磁力耦合器稳定运行时产生的振动加速度与振动位移，并分析了其电磁噪声特征。最后，搭建磁力耦合器试验平台，测试了磁力耦合器稳定运行时的电磁噪声；将试验结果与仿真结果进行比较，以验证理论分析的正确性。

结果表明，低阶电磁激振力是造成磁力耦合器振动的主要原因，且当电磁激振力频率与磁力耦合器固有频率相近时会产生较大振动。对比仿真结果，通过磁力耦合器试验平台得到的试验结果证明了理论分析的正确性。

针对弧齿锥齿轮传动系统仿真分析软件开发所需模型与分析结果的可视化需求，基于锥齿轮传动系统的结构特点，应用图论及面向对象的数据结构，实现了传动系统拓扑结构及零部件关联关系的完整表达。

首先，研究了传动系统关键异构元件几何表面规则化点集的生成方法，并应用开源的三维计算机图形学工具VTK实现了锥齿轮、传动轴和轴承几何模型的精确构建及快速装配；以此为基础，建立了传动系统几何模型与加载接触分析力学模型之间的映射，研究了加载状态下系统变形、齿面啮合状态等分析结果的可视化方法；最后，通过实例对锥齿轮传动系统建模及仿真分析结果的可视化效果进行了验证。

研究表明，综合应用图论及面向对象的数据结构，可实现弧齿锥齿轮传动系统拓扑构型及其几何关联属性的完整表达；应用VTK库的参数表达式造型、扫掠造型以及三角剖分造型方法，可实现异构零部件的精确建模；在此基础上，建立系统几何模型与力学分析模型的映射，完成锥齿轮传动系统加载接触分析，并实现了分析结果的可视化显示。上述研究结果为锥齿轮传动系统建模仿真分析软件的开发提供了技术支持。

针对永磁体助磁式磁力齿轮运行时存在的不平衡磁拉力和高速转子结构强度低的问题，开展了相关研究。

首先，利用相位调谐法研究不同传动比对不平衡磁拉力的影响；其次，针对磁力齿轮高速永磁转子的结构特点，采用等效质量圆环法求解转子强度的解析解；最后，以降低最大应力和确保一定的输出转矩为优化目标，对隔磁桥与磁障的相关参数进行多目标优化。

分析结果表明，导磁块数与低速转子极对数的最大公因数G_{\mathrm{C}\mathrm{D}}=\mathrm{2}时的传动比可有效降低不平衡磁拉力；利用等效质量圆环法得到的最大应力的解析解与有限元仿真结果的相对误差小于等于1%，验证了解析方法的准确性；经优化设计，转子的最大应力显著下降。

工业机器人行业对RV减速器提出更高的要求，精度寿命体现了减速器传动精度的保持能力，是最重要的设计准则和使用指标之一。为提升精密减速器的精度性能，对可靠性进行评估至关重要。为此，分析了精密减速器的退化特性。

以RV80E减速器为例，提出基于Gamma过程的随机退化模型；结合减速器传动精度的性能退化数据，基于矩阵法和最大似然估计法对模型参数进行了估计；采用振动特征数据建立了基于遗传算法优化的高斯过程回归模型，以优化传动精度的预测。

结果表明，基于高斯过程回归模型的预测精度显著优于传统回归模型；采用算法预测后的结果更新随机退化模型的后验分布参数，能够有效实现对RV减速器精度寿命可靠度的评估，为进一步进行精度寿命的可靠性优化设计奠定了基础。