机械传动论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇机械传动论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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1传动齿轮失效的成因分析

现代井下运输基本上都依靠齿轮运输作为主要的运输基础支持。而齿轮的常见性问题成因则主要分为以下几点。

1）磨损。井下煤矿运输，主要由于地质条件的影响，其工作量十分大，这样就导致齿轮经常处于高负荷状态下工作。而这些都会加重工作的负担，导致在生产中产生较大影响。而齿轮磨损，则成为了最主要的损伤形式之一。在进行基层生产的过程中，通过层面的生产使用方法，也会加重齿轮的使用寿命。而在运输中，过长的皮带运输机制，也大大加重了工作负担。因此在井下运输中，齿轮的消耗是十分快的，而在建设过程中，齿轮的磨损，也会直接影响到生产的可持续性。

2）表面金属疲劳。金属疲劳顾名思义是齿轮表面或内部出现的一种材料损伤情况，对于持续性的高效率生产，齿轮的金属内部构造会产生一定的拉伤，主要成因就是因为在生产的过程中，生产力超过了齿轮的额定荷载上线，从而导致内部出现裂纹，而生产过程中，这些裂纹就会导致齿轮的断裂，严重损害了井下生产传动系统的安全性。

3）塑性流动。塑性变形会导致严重的飞边现象产生，对周边的生产等也会产生影响。由于齿面失去了部分的作用效果，在使用中就会导致出现人字形的鱼尾状皱纹，并导致整体结构的滑动。

4）断裂问题。断裂意味齿轮都将失去使用作用。在生产中，齿轮发生断裂的原因有很多，断裂导致的问题则影响严重。其中最主要的断裂原因分别为疲劳损伤断裂、负荷断裂、磨损断裂以及淬炼断裂等。出现以上问题的主要因素在于，制造加工的过程中没有严格按照相关质量标准进行浇筑制造。导致在生产后，齿轮中出现较大的缺陷，在使用中引起了一系列的严重影响。其次在安装的使用过程中，没有选择较大的使用标准，导致在生产的过程中，齿轮长时间处于超高负荷的生产之中。

2提高矿用机械齿轮使用时间的主要措施

针对矿山机械的日常使用中，由于极易出现磨损问题，在日常的使用中，需要从以下几点进行注意，并在使用中进行及时维护，才能够确保安全生产。

1）应用短圆柱型的滚子，辅助齿轮进行传动运输，保证在齿轮的日常运行中，能够安全有效地进行生产，而在这一类的生产中，需要通过对技术上的科研改进，进而确保整体生产的有效性。在生产过程中，煤矿的机械齿轮其转动控制作用，对于缓解机械生产中的消耗，都有较高的减缓作用，这样对煤矿的日常生产都能够有效降低其生产的成本。在生产的过程中，通过对煤矿机械齿轮的有效控制，能够在现代技术的带动下，为工作提供有效的生产形势。

2）利用短圆柱滚子的结构特点，在使用转轮进行外圈固定的过程中，不仅能够有效增强滚柱的结构稳定性，同时也能够更好地促进柱子的良好性，而采取轮齿的钻孔排距，在运输的过程中，由于阻力的调控，也能够在一定的运输量上降低功率的损耗。这样不仅减少了对工程施工的施工要求，在电损耗上，也有效地减少了对齿轮的消耗。在减少齿轮损耗的过程中，采取有效的系统运输装置，能够在延续煤矿机械的运转中，提供更为有效的电能损耗减免效益，其减少的频率与安装调试过程中的使用情况呈现一定的正比例关系。在使用的过程中，从煤矿机械的齿轮油能否保证滚子顺畅性进行分析，内圈和轴距之间，其圆柱式滚子，能够更好地保证施工的质量标准。

3）煤矿运输机械的齿轮中短圆柱滚子的数量。在对煤矿机械的短圆柱滚子型号的确定过程中，针对运输的特点进行型号确定，其选择需要遵循以下几点。首先，煤矿机械的齿轮从短圆柱滚子的数量进行确定，归纳其中可能出现的诸多失误，并以此来完成整体机械的模型设计。在设计的过程中，分析煤矿机械的齿轮短圆柱滚子数量，以对其中的典型性进行确定。矿山机械的功率通常较高，所以在进行工作的运行过程中，其负荷也比较大，所以在进行型号的选择上，一般需要控制在k＝10的基础以上，其中k＝10是满足基本使用定律的根本。为保证在生产张轴承的承重效应符合工作需求，需要对不符合的零部件进行取缔。

4）针对机械齿轮的处理。不论在何种环境下使用大型机械，对齿轮的都是保证机械正常运行的根本所在。而针对煤矿井下操作环境中的恶劣性，对齿轮的更为重要，在进行齿轮的过程中，从齿轮和轴承的抗震性、抗冲击性、精准性等多个方面进行考虑后，方可进行精密，保证轴承的承受力，在日常的操作范围之内。井下作业过程中，由于大量的粉尘、潮湿空气，对金属元器件的损伤要远远高于地面。与此同时，地下的电离平衡与地面不同，这都会直接影响到工作面的生产作业，而在生产作业的过程中，恶劣的环境也会加重这一生产的机械部件。所以及时有效的工作，对机械零部件的使用寿命，以及井下生产都有不错的促进作用。大型矿井下，对机械工作量大的设备，应当保持其齿构件在生产工作中的结构稳定性，这样才能够确保生产工作的有序进行。

篇（2）

齿轮传动是现代机械传动中广泛采用的主要运动形式之一。做为最常见的机械传动零件，它优点很多应用广泛。但是，齿轮传动也存在其固有的缺点：不能缓和冲击作用。当制造、安装和使用过程中出现不当情况往往会引起较大的振动、噪声，甚至发生断裂等失效故障。产生齿轮失效的原因比较复杂，下面就此进行探讨。

1、齿轮失效的主要形式

1.1 轮齿折断

轮齿受力后，相当于悬臂梁受载，齿根部弯曲应力最大，同时齿根又有较大的应力集中，因此，轮齿弯曲折断一般发生在齿根部分。齿轮传动工作时，轮齿每啮合一次，齿根弯曲应力变化一次。当弯曲应力超过弯曲疲劳极限，轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐渐扩展，致使轮齿折断，这种折断称为疲劳折断。轮齿受到短时意外的严重过载或冲击载荷作用也易造成突然折断，这种折断称为过载折断。

1.2 齿面点蚀

齿面点蚀是一种在轮齿表面上出现麻点的齿面疲劳损伤。齿轮传动工作时，轮齿表面的接触应力呈脉动变化。在接触应力作用下工作一定时间后，靠近节线的齿根表面就会出现若干小裂纹，油渗入裂纹，当裂纹随轮齿啮合而闭合后，封闭在裂纹中的油在压力作用下，产生楔挤作用而使裂纹扩大，最后导致表层小片状剥落而形成麻点状凹坑，称为齿面疲劳点蚀。齿轮发生齿面点蚀后，严重影响传动的工作平稳性并产生振动和噪音，影响传动的正常工作，甚至导致传动的破坏。

1.3 齿面胶合

胶合是比较严重的粘着磨损，在高速重载传动中时，因滑动速度高而产生的瞬时高温会使油膜破裂，造成齿面间的粘焊现象，粘焊处被撕脱后，轮齿表面沿滑动方向均成沟痕，这种胶合称为热胶合。在低速重载传动中，不易形成油膜，摩擦热虽不大，但也可能因重载而出现冷粘着，这种胶合称为冷胶合。热胶合是高速、重载材料传动的主要失效形式。

1.4 齿面磨损

互相啮合的两齿廓表面有相对滑动，在载荷作用下，会引起齿面的磨损。如果磨损的速度符合预定的设计使用期限，则应视为正常磨损。正常磨损的齿面很光亮，没有明显的痕迹。在规定的磨损量界限内，并不影响齿轮的工作能力。但齿面磨损严重后，轮齿将失去正确的齿形，会导致严重的噪音和振动，影响齿轮正常工作，齿厚逐渐减薄，最后导致轮齿因强度不足而折断。

1.5 齿面塑性变形

当齿轮材料较软而载荷及摩擦力又很大时，在啮合过程中，齿面表层材料就会沿着摩擦力的方向产生塑性变形，从而破坏正确齿形。在主动轮齿面节线的两侧，齿顶和齿根的摩擦力方向相背，在节线附近形成凹沟；在从动轮齿节线的两侧，齿顶和齿根摩擦力方向相对，因此在节线附近形成凸脊，齿面塑性流动破坏了正确的渐开线齿廓，导致轮齿从动失效。

2、导致齿轮失效现象的主要诱因分析

(1)制造误差齿轮制造时造成的主要异常有:偏心、齿距偏差和齿形误差等。

所谓偏心，是指齿轮(一般为旋转体)的几何中心和旋转中心不重合。齿距偏差是指齿轮的实际齿距与公称齿距之差;而齿形误差是指渐开线齿廓有误差。

(2)装配不良齿轮装配不当，会造成齿轮的工作性能恶化。例如，在齿宽方向只有一端接触，或者齿轮的直线性偏差等，使齿轮所承受的载荷在齿宽方向不均匀，不能平稳地传递动力。这种情况使齿的局部增加多余的载荷，有可能造成断齿，此现象称为“一端接触”。

3、预防和改进齿轮传动失效的措施探讨

3.1 优化设计

机械齿轮在不加大外形尺寸的条件下，如何提高其强度和寿命是从设计环节预防和改进齿轮传动失效的主要方向。特别是对于承受重载和冲击载荷的机械齿轮,其弯曲极限应力强度和接触耐久性极限强度都必须得到有效提升，这就需要不断优化设计，包括优化选材、优化齿形结构、采用先进加工和处理工艺，这样才能通过表面光洁度、合理的硬度和啮合参数、有效的参数、装配要求等工艺的提升，来实现避免齿轮传动失效的现象。

3.2 合理选材

齿轮材料的选择,要根据强度、韧性和工艺性能要求,综合考虑。对于承受重载和冲击载的齿轮,采用含Ni的以Ni-Cr和Ni-Cr-Mo合金渗碳钢为主的钢材(含Ni量2%-4%)；对于负载比较稳定或功率较小、模数较小的齿轮,亦可选用无Ni-Mn钢。同时，应尽量选用冶金质量好的真空脱气精炼钢和电渣重熔合金钢，这种钢材的纯度高,具有较好的致密度,含氧、氮和非金属等杂质极少,塑性和韧性高,减少了机械性能和各向异性，齿轮极限荷可提高15%-20%。

3.3 应用热处理工艺术

传动机械齿轮的承载能力不仅取决于表面硬度,还取决于表层向芯部过渡区的剪切强度的比值。深层渗碳淬火是提高芯部硬度的有效措施，渗碳齿轮经过淬火和回火，不但能硬化表层,还能产生压应力。它可比单纯渗碳齿轮的强度极限应力提高13%以上,寿命可提高1倍。需注意的是，在热处理后，还应进行油浴人工时效处理。

3.4 表面强化处理

对齿面和齿根进行喷丸强化处理,通常是齿轮加工的最后一道工序,可在渗碳淬火或磨齿后进行。严格按照设计的喷丸工艺要求操作，能使齿轮的接触疲劳强度提高30%-50%,使齿根弯曲疲劳强度得到改善能有效地阻止裂纹扩展,使实际载荷比外加载荷小得多。

3.5 正确安装运行

实践表明，齿轮的安装精度对其承载能力、磨损和使用寿命影响很大。无论是新安装、更换或检修安装，都应按照安装技术规范和标准进行，确保齿轮轴心线的水平度、平行度、中心距、轴承间隙、齿轮侧隙、顶隙、接触区域或轴向窜动量等。

3.6 有效

对于齿轮的磨损失效有着重要的影响,应当引起足够的重视。机械传动齿轮的接触应力通常很高,因此轮齿接触表面材质的局部弹性形变不容忽视，因此，应根据各类工况对齿面强度的影响进行具体分析，通过有效、合理来避免齿轮失效现象的发生。

4、结语

齿轮的失效形式虽然多种多样，但在实际工作应具体分析齿轮失效的诱因，才能作出正确的选择，合理加强齿轮加工、使用和维修保养措施，从而有效避免齿轮失效现象的发生。

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关键词： 齿轮减速器；机械传动；降噪问题；措施

Key words： gear reducer；mechanical transmission；noise reduction；measure

中图分类号：TH132.41 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）29-0058-02

0 引言

在工业机械设计中，齿轮传动是齿轮减速器最主要的部分，也是系统功率传递的主要形式，因此齿轮作为机械传动的主要角色，在整个机械系统中发挥着举足轻重的作用，但是以往的对于齿轮传动性能的评价只注重于传动效率、平稳性、可靠性等方面，忽略了齿轮传动噪音的问题。随着人们对于机械设备性能品质要求的提高，对工作环境也有了很高的要求，从而使得减速器齿轮传动噪音问题凸显了出来，成为了机械传动中急需解决的问题。

1 齿轮传动中噪音产生机理

1.1 系统传动误差 在齿轮传动中，一个整体机械系统其组成往往较为复杂，完整的齿轮箱作为复杂的传动系统，在力的各种形式转化过程中，会产生高达几十种的固有频率，因此振动形式各式各样。在物理学中我们知道，声音是由振动产生的，任何系统传动都会产生振动。在系统传动中，振动是由系统误差引起的，系统误差是导致振动的主要原因。

1.2 齿轮传动误差 齿轮传动中噪音主要产生原因是渐开线误差或者齿轮间相邻齿距误差而造成的。而齿轮传动中振动幅度和振动频率是齿轮噪音大小的主要衡量因素，在噪音研究中有着重要的意义。但是在实际研究中齿轮系统机械响应是非常复杂的，因此可以通过调整激励来改变系统固有频率。总而言之，齿轮传动误差是作用在齿轮和整个系统的扰动因素并使之产生响应，从而产生噪音通过空气向外传播。

2 齿轮减速器在机械传动中噪音成因分析

2.1 参数因素 ①齿轮精度。齿轮精度是其设计和加工品质重要衡量标准，高精度的齿轮在机械传动过程中平稳运转，产生较少的噪音。但是在实际轮齿设计和加工中，出于经济性原因，为了降低成本，设计者往往在满足基本强度要求下最大限度选用低精度齿轮等级，因此忽略了精度等级，低精度成为齿轮产生噪声与侧隙的主要因素，造成噪音增大。②齿轮宽度。在齿轮传动允许的设计范围内，尽可能的增大从动齿轮齿宽，这样可以增大接触面积，不但能够提高齿轮受载能力，还可以提高轮齿传动的平稳性，减少振动，达到降噪声目的。③齿距和压力角。在适当的范围内减小齿距能够增加轮齿啮合数量，增加轮齿重合度，从而降低啮合齿轮挠度，提高传动效率，减少噪音的产生。此外，较小的压力角可以使得齿轮接触角和横向重合度都增大，使得传动平稳，降低噪音、提高传动精度。

2.2 精度因素 ①啮合平稳性精度。齿轮的工作平稳性精度是指在齿轮传动中对于齿轮瞬时速比的变化要求。在齿轮转动一周时会多次出现的转角误差，在轮齿啮合过程中瞬时传动比的变化会使得齿轮产生多次撞击形成振动，这样使齿轮在传动过程中产生噪音[1]。②齿轮接触精度。齿轮接触斑点大小是评价齿轮接触精度好坏的主要指标，接触斑点过小势必会造成齿轮传动噪声增大。齿轮接触精度低是由于齿向误差影响了轮齿横向接触面积，而轮齿基节偏差和齿形误差都会对轮齿横向接触面积产生影响。③齿轮运动精度。齿轮的运动精度主要表征了运动传递的准确性，即齿轮在啮合一个周期后转角误差最大限值。齿轮齿圈径向跳动在齿轮旋转一周内的齿间累计误差会产生低频噪音，尤其当齿间累计误差逐渐增大时，会在齿轮啮合时造成冲击，从而导致角速度的变化，使得噪音显著增大。

2.3 装配因素 ①齿轮轴向装配间隙过小。如果齿轮在装配前没有将其毛刺及时清除，将会导致齿轮端面与前后端盖之间的滑动接合面在啮合过程中造成接合面的损坏，使得齿轮运动精度降低，产生噪音。②杂物影响。齿轮箱由于杂物进入，造成轮齿间磨损加剧，齿轮在转动过程中平稳度降低，不但降低齿轮传动效率，还会使得噪音增大。

3 齿轮减速器在机械传动中的降噪措施

3.1 齿轮的参数合理优化 ①适当增大主动齿轮的螺旋角。因为当螺旋角增大时，齿轮重合度也会随之加大，这样会使得噪音大大降低。然后，当螺旋角过大时，会导致齿轮加工和安装可操作性变差，对安装精度要求很高，如果达不到精度，就会使实际的重合度变小，其降噪效果反而比螺旋角较小时要差，因此要选择合适的螺旋角。②增加从动齿轮齿面宽。齿宽适当增加会使得轮齿啮合度提高，从而使轮齿传动平稳性增强。所以齿轮的齿宽越大其平稳性越好，降噪效果越好。③提高齿轮精度。齿轮精度的提高，将大大提高轮齿表面粗糙度，从而提高齿轮的运动精度，有效的降低噪音。

3.2 合理选择齿面硬度、齿轮侧隙 通过实验可以得出结论：通常模数齿轮侧隙小于0.04mm时，噪声较低。所以在设计允许的范围内适当减小齿轮侧隙就可以降低噪音。此外，在相同材料和精度的情况下，软齿面比硬齿面噪声要小1.5-6dB，采用主动齿轮硬度比从动齿轮硬度高2-3HBC时取C，可有效降低噪声。

3.3 对齿面进行特殊处理 在齿轮强度设计所允许的情况下，齿轮加工可以选用高阻尼铸铁或某些非金属材料，也可以通过给齿面进行涂镀非金属材料来进行处理。因为选用具有良好塑性和韧性的材料可以减少齿轮啮合冲力与节线撞击，通过减少振动与撞击的方法，就可以有效降噪。

3.4 改善齿轮条件 齿轮的要根据齿轮的圆周速度来选择适当的方式与油，这样就可以有效的降低噪音。因此根据减速器的不同以及工作条件的差异来选择合适的方式与剂。此外，对于在高温环境下工作的减速器，仅通过油池将达不到润和要求，因此要结合循环油等方式进行。

3.5 合理设计减速箱箱体结构 在减速器齿轮箱箱体设计过程中，合理的箱体结构可以增加齿轮传动箱的密封性，使其具有良好的降噪效果。因此齿轮设计时尽可能采用闭式结构，同时箱体结合处要安装减振装置，同时将减速器安装在固定的座体或支撑上，采用这些方法都能够有效降低噪声。此外，在对减速器噪音要求较高的情况下，可以在箱体表面设置阻尼材料层，如泡沫塑料等来降低减速器噪音的产生。

4 结束语

本文通过研究齿轮传动噪音产生机理，分析了减速器齿轮传动过程中噪声的产生原因，提出了相应的降噪方法。但是随着人们生活水平的提高，对噪声控制要求的不断提升，对减速器降噪的研究需要进一步加深，以便找到更有效的减速器降噪方法。

参考文献：

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论文摘要随着液压伺服控制技术的飞速发展，液压伺服系统的应用越来越广泛，随之液压伺服控制也出现了一些新的特点，基于此对于液压伺服系统的工作原理进行研究，并进一步探讨液压传动的优点和缺点和改造方向，以期能够对于相关工作人员提供参考。

一、引言

液压控制技术是以流体力学、液压传动和液力传动为基础，应用现代控制理论、模糊控制理论，将计算机技术、集成传感器技术应用到液压技术和电子技术中，为实现机械工程自动化或生产现代化而发展起来的一门技术，它广泛的应用于国民经济的各行各业，在农业、化工、轻纺、交通运输、机械制造中都有广泛的应用，尤其在高、新、尖装备中更为突出。随着机电一体化的进程不断加快，技术装各的工作精度、响应速度和自动化程度的要求不断提高，对液压控制技术的要求也越来越高，文章基于此，首先分析了液压伺服控制系统的工作特点，并进一步探讨了液压传动的优点和缺点和改造方向。

二、液压伺服控制系统原理

目前以高压液体作为驱动源的伺服系统在各行各业应用十分的广泛，液压伺服控制具有以下优点：易于实现直线运动的速度位移及力控制，驱动力、力矩和功率大，尺寸小重量轻，加速性能好，响应速度快，控制精度高，稳定性容易保证等。

液压伺服控制系统的工作特点：(1)在系统的输出和输入之间存在反馈连接，从而组成闭环控制系统。反馈介质可以是机械的，电气的、气动的、液压的或它们的组合形式。(2)系统的主反馈是负反馈，即反馈信号与输入信号相反，两者相比较得偏差信号控制液压能源，输入到液压元件的能量，使其向减小偏差的方向移动，既以偏差来减小偏差。(3)系统的输入信号的功率很小，而系统的输出功率可以达到很大。因此它是一个功率放大装置，功率放大所需的能量由液压能源供给，供给能量的控制是根据伺服系统偏差大小自动进行的。

综上所述，液压伺服控制系统的工作原理就是流体动力的反馈控制。即利用反馈连接得到偏差信号，再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。

在液压伺服控制系统中，控制信号的形式有机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统。机液伺服系统中系统的给定、反馈和比较环节采用机械构件，常用机舵面操纵系统、汽车转向装置和液压仿形机床及工程机械。但反馈机构中的摩擦、间隙和惯性会对系统精度产生不利影响。电液伺服系统中误差信号的检测、校正和初始放大采用电气和电子元件或计算机，形成模拟伺服系统、数字伺服系统或数字模拟混合伺服系统。电液伺服系统具有控制精度高、响应速度高、信号处理灵活和应用广泛等优点，可以组成位置、速度和力等方面的伺服系统。

三、液压传动帕优点和缺点

液压传动系统的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用，是因为它与机械传动、电气传动相比，具有以下主要优点：

1液压传动是由油路连接，借助油管的连接可以方便灵活的布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，且容易布置。在挖掘机等重型工程机械上已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。

2液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如相同功率液压马达的体积为电动机的12％～13％。液压泵和液压马达单位功率的体积目前是发电机和电动机的1／10，可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达可实现无级调速，调速范围可达1：2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。3传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。因此，金属切削机床中磨床的传动现在几乎都采用液压传动。液压装置易于实现过载保护，使用安全、可靠，不会因过载而造成主件损坏：各液压元件能同时自行，因此使用寿命长。液压传动容易实现自动化。借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易的实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。液压元件己实现了标准化、系列化、和通用化，便于设计、制造和推广使用。

液压传动系统的主要缺点：1液压系统的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使液压传动不能保证严格的传动比：2液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体勃性变化引起运动特性变化，使工作稳定性受到影响，所以不宜在温度变化很大的环境条件下工作：3为了减少泄漏以及满足某些性能上的要求，液压元件制造和装配精度要求比较高，加工工艺比较复杂。液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。液压系统发生的故障不易检查和排除。

总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。

四、机床数控改造方向

(一)加工精度。精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。在设计数控机床、尤其是高精度或太中型数控机床时，必须精心选用检测元件。所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量，一般要求比加工精度高一个数量级。总之，高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。

(二)先局部后整体。确定改造步骤时，应把整个电气设备部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，做到先易后难、先局部后整体，有条不紊、循序渐进。

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0.前言

目前，世界蕴藏有巨大的稠油资源，据有关专家估计比常规原油资源高数倍至十余倍，具有替代常规石油能源的战略地位。稠油资源分布广泛，几乎所有产油国都有发现。据调研资料，世界上稠油资源丰富的国家有加拿大、委内瑞拉、美国、前苏联等，其稠油资源约为4000～6000x108m3（含预测资源量）[1]。中国大部分含油气盆地稠油多于常规油，有共存和有规律过渡分布的规律，稠油资源非常丰富，约占总石油资源的25%～30%以上。国内老油田大多处于开发后期，排量小，油层较深的稠油、含砂、含气的难采油井越来越多，并且常规采油工艺投入大、产出低、短期产出与投入比不经济，制约了各油田后期开采。针对这种情况，可以采用螺杆泵采油技术加以解决。

1.螺杆泵驱动系统设计设计要求

（1）基本参数：谐波齿轮传动的增速比大于等于20；谐波齿轮传动的结构外径小于等于Ф116cm；（2）总体方案分析及设计；（3）谐波齿轮传动结构方案及结构设计。

由于井下空间狭小，需要所设计的装置体积较小。油管转速为6r/min，螺杆泵转子的转速为120r/min，在保证增速比大于等于20的条件下，转速可以调整。油管转速低可以实现较长的寿命。

在功能方面，要改变原来采用的采油方式。原来的采油系统在工作时动力源的动力通过减速箱首先减速到合适的转速然后驱动方卡子，再由旋转的采油杆柱驱动井下采油螺杆泵转动，从而实现将井下原油通过采油杆住与油管的环形空间举升到地面。

2.主要功能实现方法

考虑到增速器结构尺寸较小，传动比大，所以选择用少齿差行星轮系。少齿差行星轮系具有体积小，传动比大，重量轻等优点。由此，有三种增速方案：谐波齿轮传动，少齿差行星齿轮传动，摆线针轮传动。

2.1谐波齿轮传动增速

谐波齿轮传动是一种依靠弹性变形运动来实现传动的新型传动，它突破了机械传动采用刚性构件机构的模式，使用了一个柔性构件机构来实现机械传动。构成谐波齿轮传动的3个主要部件有：波发生器，柔轮，刚轮。谐波齿轮传动对运动的传递是在波发生器作用下，迫使柔轮产生变形，并与刚轮相匀作用而达到传动目的。 在未装配前，柔轮的原始剖面呈圆形，柔轮和刚轮的周节相同，但两者的齿数不相等。柔轮的齿数Z1，比刚轮的齿数Z2略少，而波发生器的最大直径比柔轮的内径略大。一般情况下为了有确定的输出，都会有一个固定件，一个主动和一个从动。具体哪个固定，哪个主动，哪个从动，需要根据需要实现的功能要求来决定。当波发生器装入柔轮后，受到一对方向通过椭圆的曲率中心和它的旋转中心的力的作用。当输出轴上承受载荷后，柔轮产生变形，这是柔轮对波发生器的作用力方向仍通过椭圆的曲率中心，但不通过发生器的旋转中心，这就形成了使波发生器旋转的旋转矩。当输出轴上载荷继续增加时，柔轮作用在波发生器上的作用力和这时作用力之间的力臂也随之增加。则作用在发生器上的旋转矩也随之增加。当此旋转矩超过发生器的阻矩时，就产生了增速现象。

2.2少齿差行星齿轮传动增速

少齿差行星齿轮传动按传动型式可分为NN型和N型。以N型为例。这种型式的传动，通常均是采用输出机构把行星轮的回转运动传给低速轴。N型传动，其转臂有单偏心和双偏心两种。双偏心的转臂，两个偏心相差180度，装在其上的两个行星轮也相差180度，这样由偏心而产生的离心力相互抵消（但这两个离心力大小相等方向相反，且不在同一直线上，所以不平衡力偶仍然存在）。单偏心的转臂只有一个方向的偏心，其中装一个行星轮，必须在偏心的相反方向加上平衡重才能使离心力得到平衡。

N型常用的输出机构有五种类型，即销孔式、浮动盘式、滑块式、零齿差式和双曲柄式。以零齿差输出机构为例。主要特点是用标准刀具在普通机床上就可加工，不需要专门的工艺装备。零齿差输出机构可内齿轮输出，也可外齿轮输出。两对齿轮中只有一对是少齿差，起增速作用，另一对则是作为平行轴间联轴器的零齿差内啮合。转臂是单偏心，必须装设平衡重。

这种传动增速的特点是传动比大，体积较小，重量轻，运转平稳，齿形容易加工，装拆方便。合理地设计、制造及，可使其传动效率达0.85-0.91。实践证明，少齿差传动最适合于大传动比、小功率的场合，在我国已经被用到很多机械或者齿轮装置上。但少齿差要考虑变位问题。由于内啮合和内齿轮加工中，相啮合双方的位置关系、几何关系与外啮合不同，在设计内啮合变位齿轮传动时，齿数的搭配和变位系数的选择要受到各种干涉条件的限制。为避免干涉要进行验算，设计时要考虑齿轮根切问题。提高了加工难度，且刚度不够高。

2.3摆线针轮行星传动增速

摆线针轮主要由4部分组成：

（1）行星架H由输入轴1和双偏心套2组成，偏心套上的两个偏心方向互成180°。（2）行星轮C齿形通常为短幅外摆线的内侧等距曲线。按运动要求，一个行星轮就可传动，但为使输入轴达到静平衡和提高承载能力，对于一齿差针摆传动，常采用两个完全相同的奇数齿的行星轮，装在双偏心套上，两轮位置正好相差180°。行星轮和偏心套之间装有用以减少摩擦的滚子轴承（称为转臂轴承）。（3）太阳轮 又称针轮，针齿壳上装有一组针齿销，通常针齿销上还装有针齿套，称为针齿。（4）输出机构这种常采用销轴式输出机构。

3.结论

本次设计针对螺杆泵采油系统做了改进，由于原来用抽油杆的采油方式转速高、磨损快、寿命低，改为直接用油管驱动螺杆泵采油。螺杆泵采油系统按驱动方式可划分为地面驱动和井下驱动两大类，本次设计采用了地面驱动方式。油管转速较低，螺杆泵转速较高，所以要设计一个增速器。

由于所设计的结构尺寸小，且传动比大，故可选择的螺杆泵增速有三种方式，谐波齿轮增速，摆线针轮增速，少齿差行星齿轮增速。这三种增速方式各有优缺点，也都广泛应用。通过对三种传动采油方案的对比分析，选择基于谐波齿轮传动的螺杆泵驱传动系统。

【参考文献】

[1]万仁薄.采油技术手册（修订版）第四分册[M].北京：石油工业出版社，2003.

[2]孙俊峰.螺杆泵采油技术在锦州油田的改进及优化[D].哈尔滨：东北石油大学硕士论文，2009.

篇（6）

一、引言

液压控制技术是以流体力学、液压传动和液力传动为基础，应用现代控制理论、模糊控制理论，将计算机技术、集成传感器技术应用到液压技术和电子技术中，为实现机械工程自动化或生产现代化而发展起来的一门技术，它广泛的应用于国民经济的各行各业，在农业、化工、轻纺、交通运输、机械制造中都有广泛的应用，尤其在高、新、尖装备中更为突出。随着机电一体化的进程不断加快，技术装各的工作精度、响应速度和自动化程度的要求不断提高，对液压控制技术的要求也越来越高，文章基于此，首先分析了液压伺服控制系统的工作特点，并进一步探讨了液压传动的优点和缺点和改造方向。

二、液压伺服控制系统原理

目前以高压液体作为驱动源的伺服系统在各行各业应用十分的广泛，液压伺服控制具有以下优点：易于实现直线运动的速度位移及力控制，驱动力、力矩和功率大，尺寸小重量轻，加速性能好，响应速度快，控制精度高，稳定性容易保证等。

液压伺服控制系统的工作特点：(1)在系统的输出和输入之间存在反馈连接，从而组成闭环控制系统。反馈介质可以是机械的，电气的、气动的、液压的或它们的组合形式。(2)系统的主反馈是负反馈，即反馈信号与输入信号相反，两者相比较得偏差信号控制液压能源，输入到液压元件的能量，使其向减小偏差的方向移动，既以偏差来减小偏差。(3)系统的输入信号的功率很小，而系统的输出功率可以达到很大。因此它是一个功率放大装置，功率放大所需的能量由液压能源供给，供给能量的控制是根据伺服系统偏差大小自动进行的。

综上所述，液压伺服控制系统的工作原理就是流体动力的反馈控制。即利用反馈连接得到偏差信号，再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。

在液压伺服控制系统中，控制信号的形式有机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统。机液伺服系统中系统的给定、反馈和比较环节采用机械构件，常用机舵面操纵系统、汽车转向装置和液压仿形机床及工程机械。但反馈机构中的摩擦、间隙和惯性会对系统精度产生不利影响。电液伺服系统中误差信号的检测、校正和初始放大采用电气和电子元件或计算机，形成模拟伺服系统、数字伺服系统或数字模拟混合伺服系统。电液伺服系统具有控制精度高、响应速度高、信号处理灵活和应用广泛等优点，可以组成位置、速度和力等方面的伺服系统。

三、液压传动帕优点和缺点

液压传动系统的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用，是因为它与机械传动、电气传动相比，具有以下主要优点：

1液压传动是由油路连接，借助油管的连接可以方便灵活的布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，且容易布置。在挖掘机等重型工程机械上已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。

2液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如相同功率液压马达的体积为电动机的12％～13％。液压泵和液压马达单位功率的体积目前是发电机和电动机的1／10，可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达可实现无级调速，调速范围可达1：2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。

3传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。因此，金属切削机床中磨床的传动现在几乎都采用液压传动。液压装置易于实现过载保护，使用安全、可靠，不会因过载而造成主件损坏：各液压元件能同时自行，因此使用寿命长。液压传动容易实现自动化。借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易的实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。液压元件己实现了标准化、系列化、和通用化，便于设计、制造和推广使用。

液压传动系统的主要缺点：1液压系统的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使液压传动不能保证严格的传动比：2液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体勃性变化引起运动特性变化，使工作稳定性受到影响，所以不宜在温度变化很大的环境条件下工作：3为了减少泄漏以及满足某些性能上的要求，液压元件制造和装配精度要求比较高，加工工艺比较复杂。液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。液压系统发生的故障不易检查和排除。

总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。

四、机床数控改造方向

(一)加工精度。精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。在设计数控机床、尤其是高精度或太中型数控机床时，必须精心选用检测元件。所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量，一般要求比加工精度高一个数量级。总之，高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。

(二)先局部后整体。确定改造步骤时，应把整个电气设备部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，做到先易后难、先局部后整体，有条不紊、循序渐进。

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中图分类号：TG519文献标识码： A

1、引言

数控技术是现代化机械制造的基础，也是衡量一个国家工业发展的重要指标，数控机床传动系统主要有主传动系统和进给系统，但是由于数控传动系统结构复杂，容易出现故障，给加工制造带来消极的影响。我国的数控机床技术发展较晚，与国外的先进水平存在一定的差距，加工的精度、可靠性、稳定性等方面存在不足，限制了加工制造的优化升级，本文将针对数控机床传动系统故障进行分析，为相关的研究提供参考。

2、数控机床传动系统的分析

2.1主传动系统

主传动系统主要有四类：电主轴、带有变速齿轮的主传动、经过一级变速的主传动、电动机与主轴直联的主传动。电主轴惯性小，重量轻，结构紧凑，可以提高启动、停止的响应特性，一般装备在高速数控机床上，有利于控制噪声和振动，但制造难度大，维护的成本高，并且主轴容易发生热变形，影响加工精度。带有变速齿轮的主传动，通过少数几对齿轮降速，分段无级变速，长装备在大中型数控机床上，具有低速大转矩的特点。经过一级变速的主传动，多用同步带或V带实现变速，结构简单，调试方便，但主轴调速范围受电动机调速范围的约束。电动机与主轴直联的主传动，结构紧凑，其主轴钻速和转矩输出与电动机的一致，使用上受到限制。

2.2进给传动系统

进给系统由闭环控制，有驱动单元、位置比较、放大元件、检测装置和机械传动装置等部分，其中的机械传动装置是关键环节，作为一个机械传动链，有丝杠螺母副、齿轮装置等中间传动装置，进给传动系统的结构包括联轴器、减速结构、滚珠丝杠螺母副等。联轴器起回转移传递扭矩和运动的装置，有电磁式、液力式和机械式，机械式应用最为广泛，径向尺寸小，构造简单，但两轴要求严格对中，不允许有角度和径向偏差，使用受到一定限制。减速结构有同步齿形带和齿轮传动装置，同步齿形带利用带轮的轮齿和齿形带的齿形依次齿合传递动力和运动，具有齿轮传动、链传动和带传动的优点，并且传动的精度高、准确，无相对滑动，同步齿形带重量轻、强度高、厚度小，能用于高速传动；齿轮传动装置可以将高速的转矩的伺服电机的输出改变为低速大转矩的执行件的输入，如利用双片齿轮错齿法可以消除齿轮侧隙，与同步齿形带相比，在数控机床进给传动链系统中采用齿轮减速装置，能产生低频振荡，也常在减速机构中配置阻尼器来改善动态性能。滚珠丝杠螺母副可以提高进给系统的定位精度、灵敏度，防止爬行，行程不太长的直线云顶结构常采用滚珠丝杠副，传动效率高达85%-98%,摩擦角小于1度。

3、数控机床传动系统的故障研究

3.1数控机床主传动系统的故障诊断与维修

数控机床主传动系统的故障诊断分为故障调查、故障测试与排除。机械加工时，加工量不均匀、断续切削、运动部件不平衡等振动引起交变力和冲击力，导致主轴振动，影响加工精度，主轴受热发生热变形，降低了传动效率，破坏零部件之间的运动精度。主轴强力切削时导致传动带过松、停转主轴电动机等问题。主轴工作时由于部件平衡不良，振动过大，产生较大的噪声。主传动不良还会导致刀具无法夹紧，使主轴抓刀、夹紧装置无法到达正确位置；由于松刀液压缸压力和行程不足，刀具夹紧后不能松开。变档压力过大，轴承和齿轮损坏，齿轮受冲击产生破损要保持主轴部件具有较高的固有频率，可以进行循环，清洗主轴箱，更换轴承等可以减少回转时的阻力，加入油脂可以减少零部件的磨损。对于主轴出现强力切削导致振动和传动带过松等问题，可以用酒精和汽油进行擦洗，更换新的主轴传动带，调整离合器等加以排除。针对刀具无法夹紧的问题可以更换拉钉、碟形弹簧等加以排除。对于轴承和齿轮损坏，可以通过调整预紧力，并加以排除。

3.2数控机床进给传动系统的故障诊断与维修

数控机床进给传动系统的故障分为几种，过载：进给传动系统的载荷过大，传动链不良，频繁正反转，出现报警信息；超程，进给传动超过硬限位或软限位；窜动，接线接触不良、控制信号不稳定等导致窜动；振动，速度反馈存在故障、速度环增益过高，减速时间设定过小等会加剧振动；爬行，传动链的不良、负载过大、伺服系统的增益过低、联轴器松动等导致爬行异常；伺服电动机不转，电磁制动故障、驱动单元故障、冷却不满足条件、信号未接通等都会导致伺服电动机异常；漂移，当指令值为零时，坐标轴仍移动造成的位置误差等。对数控进给系统进行维修时，可以用模块交换法检查故障的转移情况，外接参考电压法确定伺服电机的故障等。

4、结束语

数控机床时机械加工的重要基础，研究传动系统中存在的故障，对于改善数控机床的传动系统具有重要的作用，相关的研究值得进一步的深入。

参考文献：

[1] 何纯. 数控机床主传动系统运行节能技术及应用研究[J]. 重庆大学. 2013-05-01.

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一、引言

机械设计制造及其自动化专业作为学校向应用型综合大学转变中专业建设的重要组成部分，是培养应用型机械类本科专业人才的主阵地。《机械设计》是该专业重要的专业基础课，专业教学计划围绕《机械设计》教学目标开设了工程实践实验课程，如《机械设计课程设计》《16+2职业技能训练》等，培养学生的综合设计能力、工程实践能力、创新实践能力、团队协作能力等，要求学生能综合利用所学知识解决工程实际问题。但是在实践实验教学环节，教学效果差，一是因为机械设计实验教学所开实验多是认知性实验和验证性实验[1]；二是因为《机械设计课程设计》命题陈旧且单一，缺乏现代设计，无法达到综合训练的目标[2]。为此，本文提出基于慧鱼工程技术的机械设计综合创新实验教学方法，培养学生的综合设计能力、创新工程实践能力等。

二、机械设计实验教学弊端及改进策略

1.机械设计实验教学弊端。《机械设计》是一门综合性很强的专业基础课，以《机械制图》《理论力学》《材料力学》《机械工程材料》《互换性和测试测量技术》《机械原理》等课程为依托，对机械零件设计准则、摩擦磨损及、螺纹连接、轴毂连接、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆涡轮传动、轴系设计、滚动和滑动轴承、机械系统设计以及其他常用零部件设计等知识进行讲解[3]。其课程特点是内容多且杂，存在大量经验公式与图表，教学内容抽象等，多数学生反映内容零乱，找不到重点。为此，通常在制订教学计划开设相应实验课，辅助学生理解并掌握相关知识，如《机械设计课程设计》《机械设计实验》。随着技术的发展，社会对学生的综合创新设计及工程实践能力提出更高的要求[4]，但目前《机械设计课程设计》《机械设计实验》仍然存在一定的弊端，实践实验教学效果差，无法满足社会需求。《机械设计课程设计》是对渐开线圆柱齿轮二级减速器进行设计，该实践项目存在一些弊端：一是课程设计命题陈旧且单一，是对通用渐开线圆柱二级齿轮减速器进行设计，主要内容为机械方案设计、传动系统详细设计、装配图绘制及减速器设计说明书，相关设计技术指导书成熟，网络资源丰富，学生设计时基本是依葫芦画瓢，查手册，套公式，设计过程就是仿造，部分学生存在抄袭、买卖现象，严重影响教学秩序和教学质量；二是重视二维装配图，轻视二维零件图、爆炸图和三维建模及装配的训练，不足以满足机械设计综合训练的要求。机械设计实验方面，主要包括机器组成及典型机械传动零件感性认识、传动试验（齿轮传动、带传动和链传动等）、机械传动轴系部件设计与分析。由于我校教学计划安排，无明确的机械设计实验有关课程，仅在《机械设计》理论教学时，组织学生参观机械典型零部件多功能语音教学示范箱，加深对《机械设计》各章节的理解。为弥补《机械设计》实践实验课程的不足，我校除了积极对《机械设计课程设计》教学内容、教学方式以及考核方式做调整外，还积极探索以16+2实践周“专业技能训练”作为实验实践教学的补充，但由于不规范存在教学效果差的问题。2.设计实践实验教学，对大学生工程实践能力的培养具有重要的意义[5]。为此，我校对《机械设计课程设计》教学进行创新改革，积极探索机械设计综合创新实验教学。Fischertechnik，即“慧鱼”，是德国人基于六面体接体发明创造的工程技术智趣拼装模型，包含各类机械构件（齿轮传动、丝杆传动、链传动、皮带传动、连杆机构、凸轮机构、减速器等）、电气元件（电机、电气开关、气动零件、各类传感器、控制器、导线及导线接头等）和编程软件等模块。该模型是《机械设计》的理想教学工具。基于此我校，利用Fischertechnik模型搭建机械创新人才培养平台，结合教师科研、机械工程专业学科竞赛与大学生创新创业训练计划项目等，在16+2实践周“职业技能训练”时机械设计综合创新实验题目，学生自由组队，综合利用《机械原理》《材料力学》《理论力学》《机械设计》《机械制图》等课程知识，合理分工，利用Fischertechnik组合模型，完成相关综合创新实验设计任务，力求达到培养综合设计能力、工程实践能力、创新实践能力、团队协作能力等的教学目标。

三、机械设计综合创新实验教学示例

篇（9）

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。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特性进行了研究，运用弹流理论和齿轮啮合理论，导出了任意啮合点处，卷吸速度、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特性的差异，有利于分析工艺参数对蜗杆副性能的影响。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TribologyTransactions。

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-AidedDesign。

他的研究为失配环面蜗杆副的正确设计奠定了基础。

篇（10）

数控机床是集机、电、液、气、光等为一体的自动化机床，经各部分的执行功能，最后共同完成机械执行机构的移动、转动、夹紧、松开、变速和换刀等各种动作，实现切削加工任务。工作时，各项功能相互结合，发生故障时也混在一起，故障现象和原因并非简单一一对应。一种故障现象可能有几种不同的原因，大部分故障以综合形式出现，数控机床的爬行与振动就是一个明显的例子。

数控机床进给伺服系统所驱动的移动部件在低速运行时，出现移动部件开始不能启动，启动后又突然作加速运动，而后又停顿，继而又作加速运动，如此周而复始，这种移动部件忽停忽跳，忽快忽慢的运动现象，称为爬行；而当其高速运行时，移动部件又出现明显的振动。这一故障现象就是典型的进给系统的爬行与振动故障。

造成这类故障的原因有多种可能，可能是因为机械部分出现了故障所导致，也可能是进给系统电气部分出现了问题，还可能是机械部分与电气部分的综合故障所造成，甚至可能因编程有误也会产生爬行故障。

一、分析机械部分原因与对策

因为数控机床低速运行时的爬行现象往往取决于机械传动部分的特性，高速时的振动又通常与进给传动链中运动副的预紧力有关，由此数控机床的爬行与振动故障可能会在机械部分。

如果在机械部分，首先应该检查导轨副。因为移动部件所受的摩擦阻力主要是来自导轨副，如果导轨副的动、静摩擦系数大，且其差值也大，将容易造成爬行。尽管数控机床的导轨副广泛采用了滚动导轨、静压导轨或塑料导轨，如果导轨间隙调整不好，仍会造成爬行或振动。对于静压导轨副应着重检查静压是否到位，对于塑料导轨可检查有否杂质或异物阻碍导轨副运动，对于滚动导轨则应检查预紧措施是否良好。关注导轨副的也有助于分析爬行问题，导轨副状态不好，导轨的油不足够，致使溜板爬行。这时，添加油，且采用具有防爬作用的导轨油是一种非常有效的措施。这种导轨油中有极性添加剂，能在导轨表面形成一层不易破裂的油膜，从而改善导轨的摩擦特性防止爬行。

其次，要检查进给传动链。因为在进给系统中，伺服驱动装置到移动部件之间必定要经过由齿轮、丝杠螺母副或其他传动副所组成的传动链。定位精度下降、反向间隙增大也会使工作台在进给运动中出现爬行。通过调整轴承、丝杠螺母副和丝杠本身的预紧力，调整松动环节，调整补偿环节，都可有效地提高这一传动链的扭转和拉压刚度（即提高其传动刚度），对于提高运动精度，消除爬行非常有益；另外传动链太长，传动轴直径偏小，支承座的刚度不够也是引起爬行的因素。因此，在检查时也要考虑这些方面是否有缺陷，逐个排查。

二、分析进给伺服系统原因与对策

如果故障原因在进给伺服系统，则需分别检查伺服系统中各有关环节。数控机床的爬行与振动问题属于速度问题，与进给速度密切相关，所以也就离不开分析进给伺服系统的速度环，检查速度调节器故障一是给定信号，二是反馈信号，三是速度调节器自身故障。根据故障特点（如振动周期与进给速度是否成比例变化）检查电动机或测速发电机表面是否光整；还可检查系统插补精度是否太差，检查速度环增益是否太高；与位置控制有关的系统参数设定有无错误；伺服单元的短路棒或电位器设定是否正确；增益电位器调整有无偏差以及速度控制单元的线路是否良好，应对这些环节逐项检查、分类排除。

三、其它因素

有时故障既不是机械部分的原因，又不是进给伺服系统的原因，有可能是其它原因如编程误差。如FANUC6M系统数控机床在一次切削加工时出现过载爬行。经过仔细核查，发现电动机故障引起过载，更换电动机过载消除，可爬行还是存在。先从机床着手寻找故障原因，结果核实传动链没问题，又查进给伺服系统确认无故障，随后对加工程序进行检查，发现工件曲线的加工，采用细微分段圆弧逼近来实现，而在编程中用了G61指令，也即每加工一段就要进行一次到位停止检查，从而使机床出现爬行现象，将G61改为G64指令连续切削，爬行消除。

如果故障既有机械部分的原因，又有进给伺服系统的原因，很难分辨出引起这一故障的主要矛盾，这是制约我们迅速查出故障原因的重要因素。面对这种情况，要进行多方面的检测，运用机械、电气、液压等方面的综合知识，采取综合分析判断，排除故障。

数控机床是技术密集和知识密集的设备，故障现象是多样的，其表现形式也没有简单的规律可遵循，这就要求维修的技术人员要有电子技术、计算机技术、电气自动化技术、检测技术、机械理论与实践技术、液压与气动等较全面的综合技术知识，还要求具有综合分析和解决问题的能力。