针对纯滚接触锥齿轮在安装误差作用下易产生角速度突变、诱发振动和噪声的问题，提出一种对安装误差低敏感的齿面设计方法。

首先，基于安装误差对角速度的影响，将传动误差曲线预置为抛物线形；其次，利用预置的传动误差曲线对小轮理论齿面进行修形，建立了小轮目标齿面的数学模型；最后，构建了修形后的锥齿轮三维实体模型，并进行了齿面接触分析。

结果表明，实际导出的传动误差曲线与预置曲线基本一致，验证了齿面修形的有效性；优化后的齿面实际啮入、啮出点偏离齿面边缘，整体接触区向齿面中部靠拢，可有效避免边缘接触及应力集中。

针对长距离带式输送机起动过程中的纵向振动问题，基于输送带黏弹特性分析，构建了带式输送机的动力学方程。以实际工程中的长距离带式输送机为例，利用AMESim平台搭建了动力学仿真模型，旨在探究起动过程中的加速度曲线及最佳加载时间。

首先，分析了常见起动曲线对输送带动张力的影响，提出一种“正弦+抛物线”的新型组合起动曲线；其次，通过引入爬行段和调整预起动阶段的速度，对该曲线进行了优化；最后，对比分析了不同加载时间下输送带的张力变化规律。

结果表明，在起动过程中采用优化后的“正弦+抛物线”组合起动曲线后，输送带产生的最大张力值较常用的正弦加速度曲线降低了5.8%；在系统稳定运行后加载物料，可有效降低输送带受到的张力冲击，从而延长设备使用寿命。

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。

针对电动汽车用磁流变液制动器结构参数优化需求，明确关键结构参数对制动性能的影响规律，获取最优参数组合，为其设计与工程应用提供支撑。

首先，基于制动性能影响因素分析，选取制动间隙宽度h、制动盘数量n、制动盘外圆半径R₂这3个关键因素；其次，以黏性制动力矩、常规制动力矩、最大制动力矩为评估指标，设计L₁₆（4³）正交试验；然后，通过Matlab/Simulink软件开展数值仿真与极差分析；最后，制作样机并完成试验验证。

试验结果表明，零场下黏性制动力矩主要受制动间隙宽度影响，施磁后制动盘数量为首要影响因素，制动盘外圆半径次之；最优参数组合（h=1.5 mm、n=4、R₂=75 mm）下，常规制动力矩约为黏性制动力矩的68倍；输入电流为2.1 A时，最大输出制动力矩达240.3 N·m，通过调节磁场强度可实现制动力矩的无级调控。

针对传统磁瓦式磁轮在锅炉爬壁机器人应用中存在的磁场分布不明确、经验公式安全系数冗余、磁铁利用率低及磁轮过重等核心问题，旨在找出磁轮相同体积与质量约束下，N-S交替排布中磁吸力更优的磁瓦排布方案，并明确磁轮压3根与压2根锅炉水冷壁管时的磁场分布差异及磁吸力大小。

以火电锅炉水冷壁检测机器人为例，建立了4种外形尺寸相同但磁铁排布方式不同的磁轮模型；运用Maxwell软件，对4种不同结构形式磁轮在距离火电厂锅炉水冷壁2 mm时的磁吸力进行了仿真分析。

结果表明，磁轮磁瓦拼接处吸附比磁瓦中间处吸附时的磁吸力大5%~20%；在磁瓦中间处吸附时，无论磁轮压3根壁管还是压2根壁管，4块磁瓦排布方式的磁轮磁吸力均最大；磁轮压3根水冷壁管比压2根水冷壁管的磁吸力大10%~20%。

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。

接触疲劳是高速、重载服役工况下齿轮的主要失效形式，已成为限制航空装备朝着高可靠、长寿命、高功率密度方向发展的主要技术瓶颈。为探究齿轮接触疲劳寿命的定量预测，开展了相关工作。

首先，制备了400余件9310航空齿轮钢滚动接触疲劳试件并进行了5 000余小时的接触疲劳试验，探究了接触应力、滑差率等服役工况及渗碳磨削、喷丸强化、微粒喷丸、滚磨光整等工艺创成的表面完整性状态对滚动接触疲劳寿命的影响；其次，采用多元线性回归方法对伦德伯格-帕尔姆格伦（Lundberg-Palmgren, LP）理论进行修正，形成了基于服役工况和表面完整性参数的LP滚动接触疲劳寿命预测公式。

研究发现，当滑差率从10%提升至30%时，在接触应力为3 000 MPa的条件下，接触疲劳寿命从2.28×10⁶ r下降52.6%至1.08×10⁶ r；当二次喷丸工艺的强化效果较好时，接触应力为3 000 MPa、滑差率为20%时的寿命从渗碳磨削状态的1.52×10⁶ r提升113.8%至3.25×10⁶ r；考虑服役工况和表面完整性的LP接触疲劳寿命预测公式的预测结果误差控制在2倍分散带以内，能够满足工程应用的要求。

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。

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。