——记东北大学机械与自动化学院教授赵亚平

本刊记者  石芳芳

　　投身科海，赵亚平最爱的事情是挑战“不可能”；扎根科研，赵亚平最大的目标是解决生产实际中的问题。作为东北大学机械与自动化学院教授，他紧密围绕齿轮啮合理论、动力学与可靠性展开研究，积极进行新型齿轮传动开发与研制，取得了不俗的成绩。
　　
敢于挑战“不可能”，才能有创新
　　
　　很多创新成果在取得以后回望，当时的设想都是三个字——“不可能”。然而，机会往往就蕴藏在这诸多“不可能”之中。赵亚平教授深知这一点。多年来，他锁定新型环面蜗杆传动、齿轮啮合理论等方面进行研究与开发，其创新成果应用前景广阔，深受学界好评。
　　二包环面蜗杆传动具备一系列优良特性，但是对各种误差变形十分敏感，限制了其推广应用。平面二包传动，由于蜗杆边齿变尖与根切的限制，使其无法应用于蜗杆多头数或小传动比的场合。赵亚平据此提出了双圆环面二包传动这种新型环面蜗杆传动装置，克服了上述不足。他提出的两点下山割线法（DPDS方法）是研究线共轭曲面啮合特性的有力数学工具。在研究过程中，他不但注重考察诱导主曲率和滑动角等局部啮合特性参数，而且注重考查蜗轮齿面共轭区范围，蜗杆工作长度及瞬时接触线的分布等全局啮合特性，从而丰富发展了蜗杆副的啮合几何学。目前，双圆环面二包传动作为一种新型机械传动装置，已经获得多项专利授权。
　　业内人士都知道，标准二包传动，蜗轮齿面中部存在二次接触区，瞬时接触线相互交叉，接触频率高，容易发生疲劳点蚀，是蜗轮齿面的薄弱环节。可以通过角修形，自然地切去蜗轮齿面的二次接触区，使原接触区和新接触区都和蜗杆螺旋面密切，从而大幅度地提高二包传动的啮合质量。赵亚平在此基础上导出了一般化的角修形条件，指出了角修形的物理意义；数字化地论证了原接触区和新接触区都和蜗杆螺旋面密切，但密切的程度有所不同；阐述了角修形切除二次接触区、同时使得蜗杆工作长度变短的机理。相关结果发表于国际期刊Science China Technological Sciences，审稿意见认为:“论文主要内容是对采用作者提出的角修正的双圆环面二次包络环面蜗杆传动齿面啮合情况进行分析。为此主要工作是建立传动数学模型及其啮合特性方程，并进行实例分析。论文对于该种传动性能研究具有重要的指导意义。有发表价值。双圆环面二次包络环面蜗杆传动属尚未充分研究和开发的环面蜗杆传动，开展相关研究，特别是采用修形技术提高其啮合性能具有一定的理论意义。论文发表具有一定的理论价值。算例丙的蜗杆头数达到12，远远突破一般蜗杆传动的情况。”相关论文获得过湖北省、及湖北省机械工程学会的优秀论文奖励。目前，该研究已获得角修正双圆环面二包传动及其制造方法的发明专利授权。
　　除此之外，针对标准传动存在二次接触区，啮合性能有待进一步提高和角修形传动虽然啮合性能优良，但制造工艺比较复杂的问题，赵亚平提出了高度修形、中心距修形及传动比修形等一系列制造工艺简单且修形效果优秀的修形方案，使得环面蜗杆副双线接触的机理有了清晰明确的解释。同时，他还对环面蜗杆传动润滑特性进行了研究，运用弹流润滑理论和齿轮啮合理论，导出了任意啮合点处，卷吸速度、润滑角和弹流膜厚系数的计算公式。摆脱开材料、载荷等因素的影响，以润滑角反映成膜条件，以弹流膜厚系数反映油膜厚度，便于衡量整个接触区内润滑特性的差异，有利于分析工艺参数对蜗杆副润滑性能的影响。有关结果曾经在CIST2008 & ITS-IFToMM2008（北京）学术会议上宣读，并发表于国际期刊Tribology Transactions。
　　
致力于解决生产实际中的问题
　　
　　出身工科背景，赵亚平一直希望自己的研究成果能够得到推广应用，服务经济社会发展。为此，他多方探索，并取得了一系列成果。
　　在生产过程中，由于能够实现多齿双线接触，各类环面蜗杆传动对各种误差变形都比较敏感。这是限制环面蜗杆传动应用推广的主要问题，也是环面蜗杆传动的主要不足之处。而解决这个问题办法之一，是通过失配修形，使得蜗轮副变瞬时线接触为瞬时的点接触。当然，这里的所谓点接触是理论上的。实际上，由于齿面的弹性，受载之后，瞬时接触点扩展成瞬时接触椭圆，沿接触迹线众瞬时接触椭圆集成齿面上的接触区。上述失配修形方法，早已成功应用于锥齿轮传动和准双曲面齿轮传动。但是对于环面蜗杆传动，相关研究进展比较缓慢，主要是因为，环面蜗杆副的齿面非常复杂，没有找到有效的方法计算瞬时接触点。
　　赵亚平结合自己在相关领域的经验，提出了两阶段下山割线法（TSDS方法），用于计算失配环面蜗杆传动的瞬时接触点。该法无需计算包含偏导数的Jacobi矩阵，对迭代初值的敏感性低，还能克服迭代过程中的奇异性，适宜用来求解复杂的非线性方程组；改进了确定点接触失配齿轮副瞬时接触椭圆的局部综合方法，使得瞬时接触点邻域内曲率干涉的判别更为合理；发现以标准蜗杆和Ⅰ型蜗轮相配，组成的失配蜗轮副对各种装配误差均不敏感，能够避免曲率干涉，实现较好的点接触，而且蜗杆工作部分较长，具备可观的承载能力；由具体算例计算出蜗轮转角误差曲线，表明了它具有近似抛物线形状，说明所提出的失配方式，具有一定的减轻振动、吸收冲击的效果。有关结果发表于国际期刊Computer-Aided Design。
　　他的研究为失配环面蜗杆副的正确设计奠定了基础。
　　双自由度齿轮啮合理论的研究，开始于上世纪60年代的前苏联，但是可以实际应用的曲率参数计算公式，却得到的比较晚。对双自由度啮合，也还存在较多理论上的模糊之处，妨害了它的应用。赵亚平经过深入研究，指明双自由度啮合有退化与非退化两种形式，给出了退化啮合的条件，阐述了两种形式各自的啮合特性；提出了计算向量的新型表达式；导出了双自由度啮合齿轮副诱导法曲率和诱导短程挠率的新型简洁计算公式，该公式适合于利用计算机进行编程计算；提出双自由度啮合齿轮副滑动率的概念，并且给出相应计算公式。有关成果发表于国际期刊Mechanism and Machine Theory，并获得过湖北省和湖北省机械工程学会的优秀学术论文奖励。同时，他应用双自由度啮合理论，对Archimedes滚刀双自由度范成圆柱齿轮的啮合原理进行了研究，给出了提高加工精度的工艺措施。相关成果发表于Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C, Journal of Mechanical Engineering Science等国际期刊。其成果对齿轮加工工艺的改进与加工精度的提高，具有理论指导意义，同时为新型高副共轭传动机构的创成，做了理论上的准备。
　　由于突出的研究成果，赵亚平的研究工作获得了国家自然科学基金、湖北省自然科学基金等方面的支持。其成果更先后获得第十一届（2006）湖北省机械工程学会优秀学术论文特等奖、第十一届（2006）湖北省自然科学优秀学术论文二等奖，第十二届（2008）湖北省机械工程学会优秀学术论文一等奖，首届（2010）武汉市自然科学优秀学术论文二等奖……赵亚平的成绩已经得到学界的充分认可。
　　人们常说“青春无畏”，那是因为青春没有“不可能”。未来。赵亚平教授还将在自己的领域里热情而执着地探索，继续书写一位当代科研工作者的无悔青春！