2021年, 第45卷, 第12期 
刊出日期:2021-12-15

  • 全选
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    理论研究
  • 李金锴, 陈勇, 臧立彬, 毕旺洋, 杨小朋
    摘要 ( 124 ) PDF全文 ( 100 )   可视化   收藏
    疲劳点蚀斜齿轮啮合刚度计算是齿轮故障动力学分析的重要基础。基于有限元的斜齿轮啮合刚度计算方法,建立了正常齿轮和疲劳点蚀齿轮的有限元模型。通过有限元模型计算,得到了齿面法向接触力和综合弹性变形量;并根据啮合刚度计算方法,得到了齿轮的单齿啮合刚度和多齿综合啮合刚度。分析不同点蚀剥落长度和宽度对齿轮啮合刚度的影响得知,剥落长度和宽度对齿轮啮合刚度影响较大;而且剥落长度会影响齿轮啮合刚度的变化区域。通过疲劳点蚀试验证明,齿轮啮合刚度的减小使得齿轮振动冲击响应增大。
  • 王玉琦, 陈晓霞, 邢静忠, 姚云鹏
    机械传动. 2021, 45(12): 8-14,21. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.002
    摘要 ( 112 ) PDF全文 ( 225 )   可视化   收藏
    鼓形齿可改善齿面间的啮合状态,提高谐波齿轮的负载能力。为揭示鼓形径向修形形成的变厚度齿圈柔轮的变形规律,提出了变中面半径齿圈的空间变形理论计算方法。推导出轴向中面半径变化的齿圈中线的径向、周向及转角位移公式。建立了包含真实齿廓的参数化实体单元杯形柔轮有限元模型,通过接触分析计算了齿圈轴向前、中、后横截面内的中线变形;齿圈各截面的有限元结果与理论值吻合良好。通过与等厚度齿圈模型对比,研究了变厚度齿圈的空间变形特征。结果表明,变厚度齿圈加剧了母线的非线性特征;从中截面到后截面的长轴区母线和从前截面到中截面的短轴区的母线非线性特征更显著。
  • 彭帅, 张靖, 王林翔
    机械传动. 2021, 45(12): 15-21. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.003
    摘要 ( 131 ) PDF全文 ( 79 )   可视化   收藏
    提出了一种新型点接触齿轮副。在已知齿面上根据设计需要选取灵活的接触迹线,构建出与之啮合的配对齿轮,并推导出新齿轮副的滑动系数计算方法;设计出以渐开线齿轮作为已知齿轮、抛物线齿轮为配对齿轮的平行轴内齿轮副。研究结果表明,该齿轮副在啮合过程中时刻保持点接触状态,啮合点沿着理论接触迹线移动,与理论分析一致;滑动系数的变动范围取决于在齿轮两端选取啮入点和啮出点所对应的渐开线参数值。
  • 陈妍, 张弦, 李国胜
    机械传动. 2021, 45(12): 22-27. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.004
    摘要 ( 96 ) PDF全文 ( 87 )   可视化   收藏
    以渐开线直齿圆柱齿轮为研究对象,考虑热效应和时变效应,建立油水两相流模型和齿轮的热弹流润滑模型,探究了润滑油中含水率对油水两相流体的黏度及齿面润滑特性的影响。研究结果表明,润滑油中混入冷却水后,当含水率不超过5%时,随着含水率的增加,油水两相流体的黏度不断增大;含水率为5%时,油水两相流体的黏度达到其峰值,之后随着含水率的增加,油水两相流体的黏度不断减小。适当增加含水率可改善齿面的润滑特性,但考虑油膜温升及对设备的腐蚀磨损,应将含水率控制在5%以内。
  • 李晓东, 李磊
    机械传动. 2021, 45(12): 28-33. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.005
    摘要 ( 147 ) PDF全文 ( 42 )   可视化   收藏
    针对现有数值图谱法无法实现开区间设计要求的空间RRSS 机构轨迹综合,基于小波分解理论提出了空间RRSS机构轨迹综合的方法。通过将空间RRSS机构轨迹综合问题转化为机构的基本尺寸型匹配识别问题和机构实际尺寸的计算问题,实现了开区间设计要求的空间RRSS 机构轨迹综合,弥补了数值图谱法在求解开区间尺度综合问题上的不足。通过数值算例证明了提出方法的实用性和有效性。
  • 梅瑛, 许文文, 申登高
    机械传动. 2021, 45(12): 34-40. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.006
    摘要 ( 109 ) PDF全文 ( 93 )   可视化   收藏
    为实现大型细长类整体结构件的多轴联动加工,提出了一种新型((3-RPR+R)& UPS)+P的5 自由度混联机床机构,利用解析矢量法建立了该混联机床机构逆解运动学模型;在此基础上,根据运动影响系数法得到了其1阶、2阶运动影响系数矩阵,建立了更为完整的逆解运动学模型;运用Matlab对该混联机床机构逆解运动学模型进行求解,并利用Adams进行了仿真,其结果基本一致,验证了建立的该混联机床机构逆解运动学模型的正确性。
  • 设计计算
  • 王羽达, 吕宏展, 侯志勇, 王淑妍, 马伟光, 李峰
    机械传动. 2021, 45(12): 41-47. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.007
    摘要 ( 333 ) PDF全文 ( 2289 )   可视化   收藏
    渐开线齿轮的啮合过程分析是判断传动品质的重要依据,其中,接触应力、传动误差及啮合刚度是分析的重点。根据直齿轮TCA 模型,提取各接触点曲率半径,将齿面啮合接触简化为不同半径圆柱体对之间的弹性挤压。在考虑齿间载荷分配的情况下,运用Hertz原理对齿面进行了承载接触分析。分析表明,通过该方法得到的结果与有限元及实验所得结果相符,接触应力最大值相差0.74%,传动误差及啮合刚度规律一致。该方法可反映齿面接触的动态过程及啮合刚度。
  • 程中甫, 邢静忠, 石立腾, 陈晓霞
    机械传动. 2021, 45(12): 48-55. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.008
    摘要 ( 176 ) PDF全文 ( 116 )   可视化   收藏
    为改善径向变位加工的柔轮空间齿廓与平面齿廓刚轮的啮合状态,建立柔轮齿廓径向修形设计方法。利用柔轮装配变形的精确算法确定椭圆凸轮波发生器作用下的轮齿位置,再利用圆弧齿廓间的周向侧隙算法获得侧隙。按照直母线假定确定出轴向多个截面内的轮齿定位,进而获得侧隙,以揭示柔轮锥度变形后的空间侧隙分布。未修形的侧隙显示:按照共轭啮合理论设计的刚轮齿廓只在设计截面实现了小而均匀的侧隙分布,前端和后端出现严重干涉。利用前端和后端向内的刀具变位可消除干涉。经迭代设计的径向修形可实现所有截面侧隙趋于零的最佳状态,获得从前到后的线啮合状态。啮合轨迹线仿真表明:合理的径向修形可实现更好地齿面啮合状态。
  • 韩瑞刚
    机械传动. 2021, 45(12): 56-60. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.009
    摘要 ( 123 ) PDF全文 ( 121 )   可视化   收藏
    针对星轮式爬楼梯装置稳定性欠佳的情况,提出了梯级式爬楼梯装置的构思。对装置进行设计并分析了导轨偏心距e对其运动的影响,对e分别取6 mm、10 mm 和15 mm 时3种装置的运行轨迹进行SolidWorks仿真,验证了其运行的稳定性。制作样机并试验测定了上述装置运行的稳定性。结果显示,梯级式爬楼梯装置运行总体平稳,其稳定性与偏心距的大小有较大关系,不稳定性随偏心距的增大而增强。因此,设计此类装置时,在满足使用要求的前提下,偏心距应选用较小值。
  • 郝希阳, 蔡绪涛, 李晓萌
    机械传动. 2021, 45(12): 61-67. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.010
    摘要 ( 156 ) PDF全文 ( 145 )   可视化   收藏
    以提高插电式混合动力汽车续航里程和燃油经济性为目的,提出了一种可实现多种动力模式的新型行星齿轮传动装置,并制定了与工作模式相适应的控制策略。以某国产SUV 车型为基础,应用ADVISOR 软件搭建整车仿真模型,并对车辆的控制策略进行了二次开发,在CYC-NEDC行驶工况下进行了纯电驱动模式和混合动力模式仿真实验。结果表明,新型混合动力SUV 纯电动续航里程较单电机增加了16.7%;混合动力模式下车辆能量消耗减少了22.8%,提高了燃油经济性。
  • 杨成超
    机械传动. 2021, 45(12): 68-73. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.011
    摘要 ( 174 ) PDF全文 ( 140 )   可视化   收藏
    为了解决在球管接头处焊接作业的机器人焊接路径的规划难点,以UR5焊接机器人做参考,对球管相贯空间曲线建模并推导出该曲线的参数方程,建立D-H 坐标系,分别对其正向和逆向求解,采用Matlab 和Adams 联合仿真,获得了末端执行器轨迹规划路径及各关节的角速度、角加速度时间变化曲线。结果表明,UR5 焊接机器人模型正确、合理,具有良好的运动学性能,并且在焊接过程中姿态没有发生突变;同时,也验证了相贯焊接焊缝的轨迹规划操作空间的合理性和可靠性,为在复杂工作环境中进行焊接作业提供了一种验证手段。该验证方法为后续进一步研究样机控制提供了理论支撑。
  • 胡艳凯, 付慧
    机械传动. 2021, 45(12): 74-78,106. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.012
    摘要 ( 148 ) PDF全文 ( 597 )   可视化   收藏
    仿人机器人是机器人领域的重要组成部分,其特性分析涉及机械、电子、材料等学科。由于仿人机器人能够模仿人类行为和动作,能更好地为人类服务,已成为当前的研究热点。大部分仿人机器人搭载大量的智能软硬件,但本体设计仍然存在缺陷,尤其是仿人机器人腰部结构设计,创新性不足,制约着整体的功能发挥。基于此,设计了一种仿人机器人腰部结构,具有一定的创新性。运用旋量理论对其位姿进行计算;通过Adams 和Matlab 进行仿真拟合;进行了实验验证,证明了结构设计的合理性及可行性,为机器人动力学分析打下基础。
  • 吴维锋, 童杰, 李玉龙
    机械传动. 2021, 45(12): 79-84. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.013
    摘要 ( 116 ) PDF全文 ( 205 )   可视化   收藏
    为实现扭叶罗茨泵无脉动无轴向力及其轻量化所期望的更大容积利用率与更小内泄漏目的,提出了内共轭轮廓段采用半叶节圆弧的弦高线和叶顶径向等圆弧间隙结构的高形扭叶构造方法,并基于扭叶容积副与斜齿动力副间的无轴向力耦合关系,给出了二者的无轴向力耦合设计方法和实例分析。结果表明,扭叶转子副端面的平-凸共轭及其顶部等圆弧间隙的轮廓构造能有效抑制共轭泄漏和径向泄漏,实现1.6 的更大形状系数和0.58 的更大容积利用系数;转子两端面60°的扭叶错角能实现理论的无脉动性能;20°~25°的螺旋角能同时满足扭叶转子与标准斜齿轮等端面节圆半径的同轴要求且方法简单。研究为开发高质量泵提供了一定的理论基础。
  • 试验分析
  • 陈琴, 黄银坤, 贾超, 姚立纲, 张俊
    机械传动. 2021, 45(12): 85-92. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.014
    摘要 ( 117 ) PDF全文 ( 67 )   可视化   收藏
    双圆弧弧齿锥齿轮章动传动的齿面接触特性对安装误差极为敏感。为揭示安装误差对齿面接触特性的影响规律,开展了含安装误差的双圆弧弧齿锥齿轮齿面接触分析。推导出章动式双圆弧弧齿锥齿轮齿面方程;借助齿面接触分析(TCA)获得齿轮副的齿面接触迹线和几何传动误差;通过算例分析了内、外锥齿轮锥点误差及齿轮副轴线交角误差对双圆弧弧齿锥齿轮副齿面接触特性的影响规律。研究表明,随着各项安装误差的增大,齿轮副接触迹线沿齿高方向的偏移量增大;凸、凹齿面接触迹线沿齿高方向的偏移量对安装误差变化的敏感程度不同;正的安装误差比负的安装误差对齿轮副传动误差影响更大。为获得理想的啮合性能,应合理控制章动式双圆弧弧齿锥齿轮副的安装误差。
  • 苏成志, 孙健, 王京华, 刘道学, 陈明颖, 韩方元
    机械传动. 2021, 45(12): 93-100. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.015
    摘要 ( 139 ) PDF全文 ( 384 )   可视化   收藏
    针对步行机器人运行中出现振动与关节异响这一现象,采用动力学方法模拟运动副间隙模型的接触状态,分析了含间隙步行机器人的固有频率,避免了计算模态分析方法在仿真分析时会忽略非线性因素的问题。通过瞬态动力学仿真,计算出含间隙步行机器人的位移响应,再经过傅里叶变换,得到频率响应曲线,曲线峰值对应频率即为含间隙步行机器人的固有频率。仿真结果表明,关节间隙的存在会降低步行机器人的各阶固有频率,但间隙不会影响模态振型,1 阶振型均为平台与支腿沿X轴的摇摆振动,2阶振型与1阶振型正交,3阶振型均为平台与支腿沿Z轴的扭转振动。
  • 高海豹, 李瑞琴, 宁峰平, 李泽辉
    机械传动. 2021, 45(12): 101-106. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.016
    摘要 ( 81 ) PDF全文 ( 161 )   可视化   收藏
    提出了一种基于4-CRR并联机构的玉米穴播机。运用螺旋理论求解4-CRR并联机构的自由度,采用修正的Kutzbach-Grübler 公式进行验证;采用等效平面投影法求解该机构的位置逆解,推导出机构的Jacobian 矩阵并对其进行了速度分析;对应用于穴播机的4-CRR 并联机构的杆长取值范围进行分析,通过极限边界搜索法求解了杆长为250 mm的机构的工作空间。该机构动平台可实现沿3 个坐标轴方向的平移运动,工作空间内部连续,可在穴播机下方形成一个300 mm×300 mm 的可调整播种区域。基于4-CRR 并联机构的穴播机可根据田间土壤情况的不同,灵活调整播种位置,改变种植密度,达到玉米增产增收的效果。
  • 王洋, 刘倩倩, 穆晓彪, 王浩
    机械传动. 2021, 45(12): 107-111. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.017
    摘要 ( 183 ) PDF全文 ( 532 )   可视化   收藏
    针对柔轮小型化、轻量化、高谐振频率的设计需求,以柔轮内径、长径比、厚径比和齿宽系数为研究变量,基于有限元软件Ansys,采用响应面法参数优化分析探究了各参数变化对柔轮固有频率的影响。结果表明,在柔轮小型化的设计过程中,柔轮内径和长径比的减小会引起其固有频率的增加,厚径比和齿宽系数的减小会导致其固有频率增大;但其固有频率都大于减速器工作的激励频率,因此,不会发生共振,不影响正常工作。
  • 李柄燚, 董世民, 张佳妮, 杨钰, 李钦, 武勇, 张洋
    机械传动. 2021, 45(12): 112-116. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.018
    摘要 ( 119 ) PDF全文 ( 272 )   可视化   收藏
    针对游梁式抽油机冲程小、耗能大、运动性能差的缺陷,以及无游梁式抽油机普遍存在的可靠性不高、传动不平稳的问题,提出了一种通过机械特性实现纯机械无切换式换向的长冲程抽油机换向装置设计方案。通过逆平行四边形机构和齿轮并联输入2K-H行星轮系,在并联齿轮特定传动比下实现装置换向。新型换向装置避免了电机和链条换向的可靠性问题以及非圆齿轮换向的振动问题;相对于曲柄摇杆换向,在传动效率上有所提升。对换向装置进行了运动分析,并通过多参数运算仿真对比,分析了各参数对装置运动性能的影响。结果表明,新型换向装置的下冲程时间相比上冲程较短,有助于提高生产效率;可根据实际工作需求调节机构参数,以适应工况要求,在实际应用时有更高的设计兼容性;可实现高效可靠的换向工作,在塔架抽油机未来发展中有广泛的应用前景。
  • 王玉波, 杨海生, 徐曼君, 崔永存, 邓四二
    机械传动. 2021, 45(12): 117-123,135. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.019
    摘要 ( 201 ) PDF全文 ( 96 )   可视化   收藏
    针对公转-自转工况下滚针轴承保持架失效问题,基于滚动轴承动力学理论,建立了公转-自转工况下的滚针轴承动力学微分方程组,采用GSTIFF 变步长积分算法对轴承进行了求解。以保持架应力来评估保持架强度,开展了轴承工况条件对保持架应力影响的研究并指导保持架选材。结果表明,有公转工况下,保持架应力明显大于无公转工况;滚针与保持架碰撞力主要影响滚针与保持架接触区处的应力值,并随碰撞力的增大而增大;保持架离心力主要影响保持架横梁斜坡夹角处的应力,并随离心力的增大而增大。公转速度较低时,保持架材料选0Cr18Ni9Ti更合适;公转速度较高时,则选20CrMo更合适。
  • 姜贵林, 张茂强, 王海旭, 孙红, 高爽
    机械传动. 2021, 45(12): 124-129,149. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.020
    摘要 ( 154 ) PDF全文 ( 152 )   可视化   收藏
    针对航空发动机传动系统齿轮辐板断裂现象,进行了原因分析;通过断口检查、强度计算、振动特性分析、应力测试等,确定齿轮辐板断裂的性质为节径共振引起的高周疲劳。基于分析结果,以降低振动应力、提高强度储备为目标,对齿轮结构进行了改进优化设计,并对优化后的结构进行了试验验证。结果表明,齿轮结构优化后,振动应力值大幅降低,齿轮结构强度储备与工作可靠性明显提升。
  • 开发应用
  • 石照耀, 王伟, 于渤, 李平, 辛栋
    机械传动. 2021, 45(12): 130-135. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.021
    摘要 ( 261 ) PDF全文 ( 387 )   可视化   收藏
    基于恒定应力加速疲劳寿命测试原理,研制了针对塑料齿轮的试验机,进行疲劳寿命的快速测试。重点研究了试验机的工作原理、结构以及核心零部件的设计。整体上采用卧式结构,设计了专用的齿轮工装来保证测试精度,由温控箱对测试环境温度进行调节控制。该试验装置可以准确测量塑料齿轮的转速、转矩、温度以及循环次数对传动效率的影响。试验结果表明,转矩越大,塑料齿轮在稳定磨损阶段的平均效率越低;平均温度越高,循环次数越少。为塑料齿轮寿命预测和失效形式的研究提供了一种高效可行的方法与装置,具有理论价值与实际应用价值。
  • 刘琪, 张华, 杨建军
    机械传动. 2021, 45(12): 136-142. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.022
    摘要 ( 92 ) PDF全文 ( 293 )   可视化   收藏
    传统的小模数弧齿锥齿轮铣齿加工需要使用大量切削液,不仅会造成环境污染,还增加了生产成本;新型高速干切削工艺不使用切削液,减少了环境污染,且可提高生产效率。基于斜角切削理论,将斜角切削等效平面法与弧齿锥齿轮加工理论相结合,研究了小模数弧齿锥齿轮高速干切削工艺。针对小模数弧齿锥齿轮的高速干切削工艺特点,建立斜角切削热力耦合模型,利用Abaqus有限元软件,仿真分析了不同工艺条件对切削力的影响。选取硬质合金作为刀具材料,讨论了小模数弧齿锥齿轮的高速干切削工艺过程,并通过加工试验验证了该工艺的可行性。研究为该工艺的实施提供了参考依据。
  • 王志永, 余文豪, 张颖, 曾亦愚
    机械传动. 2021, 45(12): 143-149. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.023
    摘要 ( 107 ) PDF全文 ( 126 )   可视化   收藏
    为了实现在国产数控锥齿轮铣齿机上加工摆线齿端齿盘,对摆线齿端齿盘的切齿加工原理和加工方法进行了研究。基于摆线齿端齿盘的结构特点,提出了采用整体刀盘加工摆线齿端齿盘的加工方法,并通过改变刀盘半径和刀刃圆弧半径对轮齿齿长曲率和齿高曲率进行了修正。基于摆线齿端齿盘的切齿加工原理,提出了加工摆线齿端齿盘的刀盘参数以及机床调整参数的计算方法,对摆线齿端齿盘进行了刀盘干涉检查。通过实际的切齿加工、齿形误差检测以及接触区着色检验,验证了在国产数控锥齿轮铣齿机上采用整体刀盘加工摆线齿端齿盘的加工原理和加工方法的正确性和可行性。
  • 魏伟, 李云鹏, 梁景源
    机械传动. 2021, 45(12): 150-154. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.024
    摘要 ( 105 ) PDF全文 ( 89 )   可视化   收藏
    行星齿轮箱具有结构紧凑、传动效率高、运行平稳等优点,被广泛应用于关键机械装备中。由于恶劣的工作环境,行星齿轮箱易产生齿根裂纹故障损伤且不易被识别,易造成安全隐患。扭转振动信号理论上不受行星架旋转引入的路径调制影响,相比于传统研究中的横向振动信号具有很大的优越性,频率成分简单,易于提取故障特征。为此,以扭振信号为分析对象,提出了一种加窗RMS(Root meam square)时域同步平均技术,实现行星齿轮箱的早期齿根裂纹故障诊断;并搭建故障模拟试验台,验证了该方法的有效性。
  • 吕品, 周晓强, 胡军峰, 邓晓龙, 蓝军, 汤天宝
    机械传动. 2021, 45(12): 155-161,169. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.025
    摘要 ( 87 ) PDF全文 ( 238 )   可视化   收藏
    以某DCT 变速箱3 挡预挂2 挡为例,通过对敲击机理及影响因素的分析,获得精确的敲击灵敏度仿真和实验对比验证结果;制定了敲击灵敏度量化评价目标,并匹配不同飞轮进行实车验证,为变速箱敲击问题规避、曲轴系统及飞轮开发提供了依据。该研究对指导变速箱齿轮传动系统低噪声设计及发动机平台匹配具有理论意义和实用价值。
  • 综述
  • 侯祥颖, 张钰哲, 张红, 张健, 李政民卿, 朱如鹏
    机械传动. 2021, 45(12): 162-169. https://doi.org/10.16578/j.issn.1004.2539.2021.12.026
    摘要 ( 505 ) PDF全文 ( 422 )   可视化   收藏
    超越离合器一般具有超越和接合两种状态,是实现传动系统工况转换的核心部件。随着机械传动系统技术的发展,对超越离合器的工况要求越来越高。为了便于深入系统地开展超越离合器研究,满足新时代高端装备发展需求,通过梳理啮合式、摩擦式两种不同类型的超越离合器相关文献,总结了近年来超越离合器的研究热点、难点,并分析了超越离合器的未来发展方向,为后续超越离合器研究的开展提供了依据和借鉴。