2020年, 第44卷, 第5期 
刊出日期:2020-12-16
  

  • 全选
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    理论研究
  • 沈佳志, 苟向锋, 朱凌云
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    针对齿面接触温度对齿轮啮合过程的重要影响,基于Blok闪温理论推导了直齿圆柱齿轮在4种不同润滑状态下的齿面接触温度计算公式,分析齿面接触温度沿啮合线的分布情况及转速、转矩、润滑油黏度和齿侧间隙对齿面接触温度的影响规律,实验测量不同工况下的齿面接触温度。数值计算结果和实验结果表明,齿面接触温度在进入啮合位置和齿顶处达到最高,而在节点附近接近于室温。弹流润滑状态下齿面接触温度随着润滑油黏度增大而升高;在混合润滑状态下则相反;边界润滑状态下润滑油黏度与齿面接触温度无关;随着转速、转矩和齿侧间隙增大,齿面接触温度升高。研究结果可为齿面接触温度的计算和实验测量提供依据。
  • 赵宁, 李旺, 郭辉, 周如传
    机械传动. 2020, 44(5): 10-17. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.002
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    分析了同轴面齿轮分扭传动在某型直升机主减速器中的应用,并借助于等效位移与等效刚度的定义,揭示了同轴面齿轮分扭传动不均载机理。应用解析的方法,建立了同轴面齿轮分扭传动的均载计算模型。基于均载计算模型,采用数值仿真计算的方法,初步探索了系统参数对同轴面齿轮分扭传动均载性能的影响规律。分析结果表明,当输入齿轮采用大弹性支撑时,系统均载性能对齿侧间隙低敏感。
  • 汤亚林, 赵久越, 唐进元
    机械传动. 2020, 44(5): 18-22,28. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.003
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    喷丸强化除了会对齿轮表面的残余应力场产生影响外,还会改变齿轮表面粗糙度。齿轮齿根处与分度圆处的表面粗糙度会强烈影响其服役性能,因此,研究喷丸过程中齿轮表面粗糙度的演变过程十分必要。为此,建立随机丸粒有限元模型来模拟齿根处与分度圆附近区域的喷丸强化过程,提取冲击区域所有的离散数据用以计算表面粗糙度参数;数值模拟得到的结果与齿轮喷丸后的测试结果基本吻合;并研究了喷丸时间、弹丸大小、冲击速度对齿根处与分度圆附近表面粗糙度参数的影响,从而可以合理地选择喷丸工艺参数,以达到控制齿轮喷丸后表面粗糙度的目的。研究结果表明,在同样的喷丸工艺参数下,分度圆处表面粗糙度Ra值与Rz值明显小于齿根处;随着冲击速度及弹丸直径的增加,齿根处表面粗糙度Ra值、Rz值明显增加且弹丸直径对粗糙度参数的影响大于冲击速度;随着冲击速度及弹丸直径的增加,分度圆表面粗糙度Ra值、Rz值明显增加,Rmr(-1)值减小,且弹丸直径对粗糙度参数的影响大于冲击速度。
  • 胡时林, 姚廷强, 秦昊, 张昱, 杨斌
    机械传动. 2020, 44(5): 23-28. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.004
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    柔轮作为谐波齿轮传动中起承载作用的关键环节,容易由于疲劳而造成失效。为研究柔轮内部应力变化规律,观察其内部应力分布情况,基于ANSYS有限元分析软件,研究在波发生器驱动作用下,多个几何结构参数对柔轮内部各部分应力变化规律。结果表明,对比分析柔轮各个部分应力,柔轮齿圈部分应力最大,此处出现最大应力点,而筒底部所受的应力最小;筒长对柔轮应力影响较为明显,桶底圆角半径对筒底部分应力影响波动较大,筒体部分最大等效应力与齿圈部分最大等效应力具有相似趋势;柔轮壁厚对柔轮整体性能影响较大,而齿圈宽度增加,会使得柔轮整体应力以及各部分应力随之增加。因此,在设计杯型柔轮时,应首先确定柔轮齿宽参数,再选择合理的柔轮筒长、壁厚以及桶底倒角半径,从而减小柔轮应力,提高柔轮使用寿命。
  • 李扬, 张耀成, 杨兆建, 李祥雷
    机械传动. 2020, 44(5): 29-36. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.005
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    车组链输送机是一种新型的散状物料连续性输送设备。针对输送机关键结构中承载输送带并依托轨道运行的连续轨道车组在曲线工况处的曲线通过性能展开了研究。建立轨道车组曲线通过时的非线性动力学模型并进行分析。利用多体动力学仿真软件SIMPACK建立轨道车组模型,从不同的工况条件和轨道小车结构出发,分析轨道车组的曲线通过性能的变化。仿真结果表明,车组链输送机轨道车组在各工况下的动力学性能评价指标随着车速、车间距提高而减小,随曲线半径、缓和曲线长度的提高而增大;采用较小轴距轮对和铰接结构车体能够适应曲线轨道;轨道车组的曲线通过性能良好,各项指标都处于安全限度范围值之内。
  • 陈月, 邱明, 田凯文, 杜辉, 杨旭
    机械传动. 2020, 44(5): 37-41. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.006
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    以四点接触球轴承为研究对象,针对四点接触球轴承旋转精度开展研究,提出了同时考虑轴承内圈和外圈圆度误差的轴承旋转精度数值计算方法。以轴承径向跳动量描述轴承的旋转精度,根据四点接触球轴承的结构特点及运动关系,构建了轴承径向跳动的数学模型,并基于Matlab编写程序进行仿真计算。结果表明,内圈沟道谐波阶次不变时,轴承的旋转精度会随着谐波幅值的增大而降低;当内圈谐波阶次为3即内圈沟道廓形为三棱圆时,轴承径向跳动最小,轴承旋转精度最高;当外圈圆度误差谐波次数与钢球的个数存在整倍关系时,外圈的径向跳动最大,当外圈圆度误差谐波次数是钢球个数一半的奇数倍时,外圈径向跳动的值最小。
  • 张元元, 于蓬, 王健
    机械传动. 2020, 44(5): 42-48. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.007
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    提出了一套降低电动车动力总成阶次振动的完整方法。首先,基于谐波优化理论优化电机控制策略,通过降低电机直交轴电流中的主要谐波,减小电机的输出转矩波动;然后,建立一套考虑精英保留的遗传算法,与齿轮啮合有限元模型进行联合优化,减小传递误差波动,并获得考虑主动控制效果的齿轮最佳修形参数;最后,建立电动车动力总成机械仿真模型,对轮齿修形后的动力总成进行控制效果验证。结果表明,综合考虑电机谐波电流控制和微观轮齿修形的方法,可以有效降低电动车动力总成的阶次振动。
  • 设计计算
  • 王振, 崔亚辉, 许宝卉, 薛晓锋
    机械传动. 2020, 44(5): 49-58. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.008
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    提出了一种系统方法,用于双模式功率分流无级变速器的分析与设计。建立了基于机械点的功率分流无级变速器的速比、转矩比、功率分流比特性方程。通过对速比、转矩比、功率分流比设定限值,获得机械点可行域。给定功率分流无级变速器的结构简图,由机械点可行域得到基本速比可行域,采用2K-H(NGW)型简单行星齿轮组,获得可行结构方案。建立了模式切换条件,使输入分流与复合分流在低速比机械点进行同步切换,获得了3个结构简图。设定两个机械点为0.66和1.33,获得了双模式功率分流无级变速器的结构方案。通过模式切换,该结构方案能有效减小无级变速支路的功率、转速、转矩,当速比范围为0.4 < τ < 1.8时,系统效率高于90%。
  • 吴范徐齐, 许蔷, 刘生, 顾明明
    机械传动. 2020, 44(5): 59-64. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.009
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    设计了一种可以实现两移一转的新型3自由度并联机构3-UPS/RPP。该结构在传统的3-UPS结构基础上加入了一条RPP结构的约束支链,应用螺旋理论分析约束链得知,该3-UPS/RPP并联机构可实现平面内的一维转动和二维移动。在自由度分析的基础上,构建了3-UPS/RPP并联机构的运动学模型,通过对驱动支链和约束支链的分解分析,给出了3-UPS/RPP并联机构位置逆解的解析表达;随后,基于位置逆解结果,确定了工作空间的搜索流程,并据此在Matlab软件中求解了该机构的工作空间;最后,对该3-UPS/RPP并联机构进行了运动学控制仿真。结果表明,系统具有较高的动态轨迹跟踪控制精度,适用于实际应用。
  • 李志峰, 王玉林, 张健, 姜文瀚, 郭孟玉
    机械传动. 2020, 44(5): 65-72. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.010
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    以提高混合动力城市客车燃油经济性为目标,解决换挡过程中的动力中断问题,提出了一种带有副箱的新型混合动力系统。对原有车型重新进行电机、发动机等关键部件的参数匹配,介绍了混合动力变速装置具体的换挡过程。在Matlab/Simulink环境下,对电动汽车仿真软件ADVISOR进行二次开发,构建并联式混合动力城市客车整车模型,并与原型客车进行仿真对比分析;采用AMEsim软件对新型混合动力系统建模,进行换挡品质仿真分析。仿真结果表明,提出的新型混合动力变速系统在C-WTVC和UDDS工况下燃油消耗率降低均超过18%,动力性符合设计要求,换挡过程较为平顺,冲击度较小,并且实现了无动力中断换挡。
  • 余晟, 温俊, 唐进元
    机械传动. 2020, 44(5): 73-77,97. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.011
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    磨削加工齿轮的残余应力状态对齿轮使役性能有较大影响,磨削后齿面的表面残余应力准确预测与计算是齿轮抗疲劳制造的重要内容。基于成形磨削运动分析及热力耦合有限元仿真计算方法,提出了齿轮成形磨削加工齿面残余应力计算方法。开展成形磨削实验,测量磨削后齿面的残余应力,对比分析残余应力实验测量值与有限元计算值,分析了磨削加工参数与残余应力的关联规律。结果表明,提出的成形磨削齿面残余应力计算方法得到的计算值与实验测试结果具有较好的一致性;在成形磨削中,砂轮进给深度越大,齿面残余拉应力越小。
  • 魏效玲, 孟艺, 孙秀军
    机械传动. 2020, 44(5): 78-82. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.012
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    针对斜齿轮零件再制造过程中数据重复性高、利用率低、损伤零件模型构造精度低等问题,提出一种利用局部区域点云数据构建完整零件模型的建模方法。利用局部区域点云数据,配合斜齿轮自身的特点,构建完整的完好齿轮零件模型;同时,单独构建损伤轮齿区域模型,利用模型拼接获得高精度的损伤齿轮模型;利用完好齿轮模型与损伤齿轮模型的坐标位置关系进行配准,获得损伤量模型。最后,通过实践案例,对所提出的方法进行了验证。
  • 吕刚磊, 刘军, 刘正颖
    机械传动. 2020, 44(5): 83-87. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.013
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    以开发经济实用性数控铣齿机、降低弧齿锥齿轮生产成本为目的,提出了四轴数控铣齿机加工弧齿锥齿轮的方法。首先,建立了四轴数控铣齿机机床结构模型,分析了机床的加工运动;其次,建立了四轴数控铣齿机的运动数学模型和展成加工基本数学模型。基于数控加工及机械式加工两者之间的运动等效转换关系,计算了四轴数控铣齿机运动轴的位置坐标。基于VERICUT数控加工软件对弧齿锥齿轮四轴展成加工进行了切齿仿真,在此基础上进行了切实加工实验。结果表明,所建机床的数学模型及运动位置求解是正确可行的。
  • 李下蹊, 崔建昆
    机械传动. 2020, 44(5): 88-91. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.014
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    RV减速器是工业用机器人的核心传动部件,是在传统摆线针轮、行星齿轮传动装置基础上发展起来的一种适用于高精密传动的新型传动装置。文中以RV减速器零部件设计为研究对象,介绍了RV减速器的传动原理和系统组成,阐述了标准摆线轮的参数方程,重点讨论了基于Autodesk Inventor软件平台的摆线针轮的参数化建模方法。针对RV齿轮减速器的虚拟样机三维模型,应用光固化快速成型技术制成实物模型,制件尺寸和表面精度较高,为后续整体结构的论证和重要零部件的研发提供了可行性帮助。
  • 李纪雄, 谭健良, 麦国杰
    机械传动. 2020, 44(5): 92-97. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.015
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    为了得到轻量化的方程式赛车链轮,将拓扑优化方法引入到链轮结构设计中,构建了轻量化优化设计的数学模型,并对链轮初始设计几何模型进行了3次减重的结构优化,得到质量减少49.59%的链轮;最后,对优化后的模型进行了强度、安全系数和寿命的仿真校核与样件的加工制造,并装配集成到赛车上进行了物理实验。结果表明,优化设计的链轮满足工作要求。
  • 试验分析
  • 毛玺, 邓静, 李天兴, 安小涛, 王国峰, 聂少武
    机械传动. 2020, 44(5): 98-101. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.016
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    在摆线轮加工过程中,由于受到机床精度、刀具精度、工装夹具精度及轮坯精度等因素的影响,不可避免地会产生齿形误差。为了评估齿形误差对摆线针轮副传动精度的影响,基于实测的摆线轮齿形误差计算出实际齿面坐标点数据。采用非均匀有理B样条(NURBS)曲线对实测齿面数据进行曲线拟合,得到含齿形误差的摆线轮数字化齿廓。依据齿轮啮合原理对摆线轮数字化齿面进行齿面接触分析,获得了考虑齿形误差的摆线针轮副传动误差曲线。仿真结果表明,齿形误差会改变摆线轮传动误差曲线的形状和幅值。
  • 揭薇, 兰惠清
    机械传动. 2020, 44(5): 102-106,133. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.017
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    交叉轴式磁性齿轮在工业和航天领域中都有较好的应用前景,与机械齿轮相比,其优势在于,通过一级传动就可以实现输出端与输入端的90°空间交错。为了提高交叉轴式磁性齿轮应用可行性,在其结构及工作原理的基础上,建立交叉轴式磁性齿轮的有限元模型,采用瞬态磁场进行仿真分析,得出齿轮啮合间隙、磁极数、磁环厚度、齿轮大小、螺旋角、宽径比6种参数对磁性齿轮最大传动转矩的影响规律,获得交叉轴式磁性齿轮的优化结构及其磁感应强度云图。结果表明,利用仿真可获得交叉轴式磁性齿轮合理的结构和工作特性,可获得到较大的转矩与较好的磁感应分布情况。仿真结果能够对交叉轴式磁性齿轮结构设计与工作特性分析提供参考,从而大大缩短其设计与开发周期。
  • 袁安富, 邱胜峰, 施徐凯
    机械传动. 2020, 44(5): 107-112. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.018
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    谐波齿轮传动过程中,双圆弧齿廓可有效避免尖点啮合现象。为进一步优化双圆弧齿廓,提高谐波齿轮传动装置的性能,基于改进运动学法的精确共轭理论,采用Matlab编程计算的方法,对比分析了柔轮齿廓中主要参数的变化对共轭区域和共轭齿廓的影响。分析结果表明,柔轮轮齿凸齿廓圆弧半径、凹齿廓圆弧半径和径向变形量对共轭齿廓形状影响显著;而公切线倾角、公切线长度对共轭区间和共轭齿廓弧长影响较明显,合理选用柔轮齿廓参数可有效提升谐波齿轮装置的传动性能。
  • 马玉玺, 陈思雨, 唐进元, 陈维涛
    机械传动. 2020, 44(5): 113-120. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.019
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    公法线偏差设计一般按设计手册选择,公法线偏差设计与啮合动力学性能关系的研究尚未见文献报道。通过推导公法线偏差下的啮合刚度与啮合间隙计算公式,建立了包含时变啮合刚度和齿侧间隙的12自由度斜齿轮传动系统动力学模型;考虑6级精度下的4组公法线偏差,计算得到每组公法线偏差下系统传动误差的峰-峰值曲线、幅频响应和均方根曲线,给出最佳公法线偏差设计流程。分析结果表明,低速时公法线偏差对齿轮副的动态特性影响不明显,当齿轮转速较高时(ω=0.782~1.03),系统将出现跳跃,进入混沌;公法线偏差对齿轮副的冲击响应有着显著的影响,适当增加公法线偏差可改善齿轮系统的冲击;公法线偏差组取第三组公法线偏差时,系统振动最小,为最佳公法线偏差值。研究结果为公法线偏差设计提供了一种动力学评判方法,对高性能齿轮设计研究有参考价值。
  • 王远东, 高洁
    机械传动. 2020, 44(5): 121-125. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.020
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    分析了并联机器人机构参数标定的一般方法,针对3-R2U2S并联机器人的特征,基于自动协作原理提出了一种新的参数标定法。其原理是把所有引起加工位置误差的影响因素均归结为机器人机构参数的变化,求出包含各种误差源的综合修正杆长影响因子,获得较为精准的机器人运动学反解方程。为校核可靠性,搭建3-R2U2S并联机器人样机标定实验中心,在机器人工作空间内,随机选取50个点进行测试,将其坐标代入修正的运动学反解方程中,求出各支链驱动转角的理论输入值。实验结果表明,理论输入值与实际输入值的偏差控制在允许范围内,验证了运用自动协作法求解修正杆长来建立3-R2U2S并联机器人运动学反解方程的准确性和可靠性。
  • 宁崴, 李刚, 宋振东, 陈伟, 武桐
    机械传动. 2020, 44(5): 126-133. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.021
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    为有效解决下肢肌肉功能退化及中风偏瘫等疾病导致的老年人下肢运动功能障碍,从康复医学的角度,分析了康复运动对下肢功能障碍患者恢复的重要性,结合人体生理结构,建立了人体肌骨模型,进行了肌骨仿真分析。为了准确判断患者的运动意图,设计了3种外骨骼专用传感器。在此基础上,提出了力感知助力关节结构方案,并设计了下肢动力外骨骼整体结构,进行了人机耦合运动学仿真分析。在结构设计的基础上,设计了下肢外骨骼的硬件及电气系统。为了验证理论研究的正确性,加工了外骨骼实验样机,进行了相关实验。实验结果说明,设计的外骨骼专用传感器可以准确获取相应信号,助力关节可以提供较大的关节助力,设计的下肢动力外骨骼能够准确判断患者的运动意图,可以长时间稳定安全地进行平地行走及斜坡行走。
  • 赵玲亚, 王英健, 刘宏伟
    机械传动. 2020, 44(5): 134-138,175. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.022
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    设计了一种变形轮移动机器人,通过控制舵机来实现轮式结构和三轮辐弧形腿式结构之间的相互转换。应用变形轮工作原理,对其进行了运动学建模和越障能力的分析,运用Adams软件对变形轮移动机器人进行越障能力的动态仿真,验证了运动学分析的正确性,并得到了位移、速度、加速度的运动规律曲线;运用Abaqus软件对其进行有限元仿真,得到了应力应变图及振型图。分析表明,该移动机器人强度、刚度及振动满足设计要求。研究为变形轮移动机器人的理论研究提供了重要参考。
  • 高东海
    机械传动. 2020, 44(5): 139-145. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.023
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    针对某变速箱出现的断齿现象进行原因分析。对齿轮原材料的化学成分、非金属夹杂物、热处理硬度和渗碳层深、金相组织等进行了排查。其异常磨损部位的金相组织表明发生了摩擦烧伤。结合变速箱齿轮工作特点,指出烧伤的端面“1#裂纹”是轮毂开裂的疲劳裂纹源,轮毂开裂破坏了齿轮副的啮合关系并影响了轮齿弯曲强度、致使啮合干涉最终导致轮齿断裂。分析中间轴组件装配关系,同步器齿毂位置窜动致使轴向间隙消除而引起端面烧伤裂纹是导致断齿的根本原因。对于装配了较多零部件的变速箱齿轮轴组件,零部件间正确的装配关系及装配位置的可靠固定对于齿轮的可靠工作有着重要影响。
  • 开发应用
  • 刘畅, 王衍学, 杨建伟
    机械传动. 2020, 44(5): 146-154. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.024
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    变分模态分解(VMD)广泛应用于故障诊断中,从振动信号中提取故障特征是故障诊断过程中的关键部分。针对强背景噪声和脉冲干扰下滚动轴承早期故障特征难以提取的问题,提出了一种新的基于果蝇优化算法(FOA)的变分模态分解的轴承故障诊断方法。首先,利用果蝇优化算法自适应优化VMD的惩罚参数α和分解数K,获取最优参数组合;然后,对信号进行VMD分解,得到K个模态分量;最后,基于峭度最大化准则选取最优模态分量进行包络解调分析,提取出故障特征频率。通过仿真信号分析、实际故障轴承信号验证以及与基于果蝇优化算法的多分辨奇异值分解(MRSVD)方法进行对比,证明了所提方法的有效性。
  • 王淑坤, 徐业锋, 刘东亮, 钱江, 沈佳骏
    机械传动. 2020, 44(5): 155-159. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.025
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    针对链条制造过程中的预拉拆节环节,设计了一种链条预拉拆节的通用装置。该装置在实现链条预拉拆节连续加工的前提下,通过设置驱动链轮移动模块、带T型槽的油缸连接件及冲钉安装模块、带直槽口的链条限位板及链条挡板等零部件来提高装置的通用性和互换性。整台装置具备更换较少零部件以加工多款链条的功能,加工产品质量高,使用寿命长。
  • 王广
    机械传动. 2020, 44(5): 160-165. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.026
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    建立了凹凸齿形行走轮的直角坐标方程,用Matlab模拟了凸形齿面,根据齿面齿廓建立了齿轨系统的三维模型,分析了其受力状况,并在Ansys软件中分析了其接触以及弯曲强度,运用Adams软件分析了其运动学性能。分析结果表明,该齿轨系统力学性能良好,适应能力较强。通过分析,选取了该复杂齿面行走轮的加工设备,解决了生产加工问题。通过3D打印、工装试验、工业性试验等,验证了该齿轨系统的实际使用性能。试验结果表明,该齿轨系统降低了行走部的接触强度,可提高系统的使用寿命。
  • 詹长书, 田富伟
    机械传动. 2020, 44(5): 166-170. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.027
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    以ZF公司的8速自动变速器8HP为研究对象,分析了该自动变速器的各挡动力传递路线。该自动变速器行星齿轮传动机构由4个单行星排和5个换挡元件组成。利用杠杆法基本理论,建立了各挡的等效杠杆图,计算了各挡传动比公式。研究结果为自动变速器的设计提供了理论基础。
  • 石维, 侯宇, 周世凡, 刘启浪
    机械传动. 2020, 44(5): 171-175. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.028
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    为了快速检测斜齿轮的螺旋角,提出了一种基于机器视觉的标准斜齿轮螺旋角测量方法。介绍了系统的总体结构和测量流程。通过对斜齿轮上下端面的数字图像进行形态学处理,获得斜齿轮主要的特征参数,求得斜齿轮的螺旋角。实验验证表明,该方法快速可靠,精度满足测量要求。
  • 交流探讨
  • 朱孝录
    机械传动. 2020, 44(5): 176-180. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2020.05.029
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    在为材质42CrMo钢经锻造、调质和渗氮处理的曲轴断裂断口进行失效分析的案例中,发现断口上的贝纹线有相交的异常现象;这在一般的断口中是不可能出现的。用裂纹动力学和瓦纳线的理论对这种异常现象做了分析:由断口疲劳源处产生的裂纹,在扩展时会在材料中产生应力波,在裂纹所在的表面上传播。当裂纹遇到了不连续面,就会产生了一个横向的应力波,从而形成第二组以波源为圆心的同心圆弧,这才有可能出现贝纹线相交的现象。首次观察到瓦纳线不仅仅只能在金属与非金属脆性材料的断口上出现,文中以实例说明,在调质钢的断口上也可以出现瓦纳线。