最新刊期
      2022 年 第 1 期
      本期电子书

        综述

      • 陈玲,魏沛堂,刘怀举,朱才朝,李纪强,严欢
        2022, 46(1): 1-18. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.001
        摘要：随着航空、风电等装备对齿轮传动功率密度、承载能力、寿命要求的提高，齿轮接触疲劳失效成为限制现代齿轮装备服役性能与可靠性的重要瓶颈，其中，材料的微观结构特征从根本上决定了齿轮等服役件疲劳性能的优劣。通过调研国内外相关研究现状，介绍了齿轮材料中残余奥氏体、碳化物、晶粒等主要微观结构及其对齿轮接触疲劳性能的影响。归纳了现有基于微观结构建模和微结构力学本构模型的齿轮疲劳数值模拟方法，用来描述齿轮接触疲劳中的微结构力学行为，以提升对齿轮疲劳关键特征和机理的理解。重点对齿轮存在的多种接触疲劳失效形式进行了详细阐述，分析了影响齿轮接触疲劳失效的主导因素、诱发的微观结构与力学性能变化特征以及潜在机理。为进一步理解齿轮服役过程中的微观结构演化特征与力学性能退化的关联关系以及接触疲劳失效内在机理、形成高性能齿轮抗疲劳设计制造方法提供了参考。  
        关键词：齿轮传动;接触疲劳;微观结构;性能退化;失效机理   
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        发布时间：2022-09-23

        理论研究

      • 莫易敏,莫仁杰,李其明,刘杰,杨君健,黄业财
        2022, 46(1): 19-26. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.002
        摘要：针对运用理论设计的齿轮进行仿真而运用实际生产的齿轮进行滚检验证测试所造成的评价标准不一致的问题，通过NURBS曲面拟合的方法重新构造真实齿轮面，在CATIA软件中进行了三维模型的构造。利用Abaqus软件对真实齿面的准双曲面齿轮传动误差进行分析，对比真实齿面啮合和纯理论齿面啮合的传动误差，验证了真实齿面误差的存在及其对传动误差的消极影响。改变齿轮的安装误差发现，轴交角误差、小轮安装距误差、偏置距误差和大轮安装距误差对传动误差的影响依次减小，通过滚检机实验验证了真实齿面仿真模型的合理性。  
        关键词：准双曲面齿轮;真实齿面;传动误差;安装误差;敏感性   
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      • 陈永鹏,刘鸿梁,杨勇
        2022, 46(1): 27-32. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.003
        摘要：车齿工艺是一种高效齿轮切削加工工艺，刀具工作角度是影响切削加工性能的重要参量。车齿工艺由于运动关系和刀具几何形状复杂，导致刀具工作角度在切削过程中不断变化，并受多因素影响。首先基于车齿工艺原理和坐标变换方法建立其运动学模型，并根据车齿刀几何构型建立产形后刀面、前刀面和切削刃的数学模型，结合斜角切削的刀具工作角度定义推导出车齿刀工作前角和后角的计算公式，实现车齿刀工作角度演变过程的解析表示，最后分析了车齿刀设计前角和螺旋角对工作角度的影响。结果表明较大的刀具设计前角主要影响工作前角，而车齿刀螺旋角主要影响工作后角。相关结果可以为刀具结构优化提供理论支撑。  
        关键词：车齿工艺;刀具几何;工作角度;角度演变   
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        发布时间：2022-09-23
      • 王金文,马夏悦,刘子豪,冷晓鲁,巫世晶
        2022, 46(1): 33-41. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.004
        摘要：裂纹故障会导致齿轮时变啮合刚度发生变化，进而引起系统振动响应改变。以风机增速箱为研究对象，考虑基圆和齿根圆不重合，采用改进能量法分别计算了各级齿轮副的时变啮合刚度，并计算、分析了太阳轮裂纹故障对啮合刚度的影响。风机增速箱运行于自然风载荷环境中，受时变转速和转矩激励，综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、啮合误差等因素，利用集中参数法建立风机增速箱的平移-扭转-轴向耦合模型，采用龙格库塔法得到系统的动力学响应，并对响应进行阶次分析，得到了太阳轮裂纹故障对风机增速箱振动响应的影响规律，研究风机增速箱太阳轮裂纹故障失效机理，为风机增速箱在线监测和故障诊断提供了理论依据。  
        关键词：随机风载;齿根裂纹;啮合刚度;阶次分析;风机增速箱   
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      • 耿官旺,刘伟,张青松
        2022, 46(1): 42-49. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.005
        摘要：应力位置处足够细化的网格是齿轮有限元分析得到精确齿面接触应力和齿根弯曲应力的基础。在保证有限元分析结果精度的情况下，降低求解时间和对计算机性能的要求是研究的热点问题之一。基于Ansys软件网格划分方法对齿面和齿根网格细化，采用多点约束法（Multipoint constraint，MPC）耦合大小不一致网格节点的自由度，进行了有限元建模和仿真分析计算。结果表明，该方法较普通方法能够大幅减少网格和节点数量，缩短计算时间，且能够保证人字齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力的求解精度。另外，采用ISO标准计算人字齿轮的齿根弯曲应力和齿面接触应力得到的结果均大于有限元分析的结果，对人字齿轮的工程实际应用提供了重要参照。  
        关键词：人字齿轮;有限元网格;多点约束法;接触应力;弯曲应力   
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        发布时间：2022-09-23
      • 冯占荣,陈勇,赵玉龙,黄宁,高凌锋,熊光劲
        2022, 46(1): 50-55. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.006
        摘要：结合渐开线齿廓弧齿圆柱齿轮齿面生成原理，增大弧线齿圆柱齿轮凹齿面的圆弧半径，推导圆柱齿轮齿面方程，得到截面单齿厚度延轴线不同的弧线齿圆柱齿轮。以弧线齿圆柱齿轮为假想刀具，推导出弧线齿面齿轮齿面方程，将有无齿线修形的面齿轮做对比，并进行了内径分析。结果表明，在保持原有面齿轮设计参数不变的情况下，修形后的面齿轮与原面齿轮内径处的齿厚相差0.113 mm，且面齿轮单齿齿厚沿着齿宽由内向外逐渐增大；同时，修形后的弧线齿面齿轮外径端面并不是尖状，而呈现平面状，从而避免了修形后的面齿轮出现外径齿顶变尖现象。因此，对小轮齿线修形可增加面齿轮单齿厚度，提高面齿轮传动强度；也为后续齿线修形生成的弧线齿面齿轮抗偏载及啮合特性等方面提供了理论基础。  
        关键词：截面渐开线齿廓;弧齿圆柱齿轮;齿线修形;面齿轮;内径验证   
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        发布时间：2022-09-23
      • 程立,马文锁,夏新涛,王良文
        2022, 46(1): 56-64. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.007
        摘要：针对模糊熵在提取滚动轴承性能退化特征时敏感度较低的问题，提出了一种基于类Sigmoid函数的改进模糊熵，并将其用于滚动轴承退化特征提取。针对传统的滚动轴承性能退化评估方法局部化的问题，提出了一种基于灰关系的滚动轴承性能退化评估方法，该方法使用灰关系理论评估提取的滚动轴承退化特征与可靠性之间的关系，从而达到从滚动轴承可靠性演变规律的整体角度评估滚动轴承退化特征的目的。实验结果表明，改进模糊熵可以精准地提取出滚动轴承的性能退化特征，并且基于改进模糊熵提取的滚动轴承退化特征与滚动轴承的保持可靠度具有一致的演变规律，可信水平均达到95%以上。  
        关键词：滚动轴承;退化特征;模糊熵;可靠性;灰关系   
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      • 王铭康,周长江,刘义,洪健,侯圣文
        2022, 46(1): 65-72. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.008
        摘要：接触轨迹和传动误差是评价弧齿锥齿轮啮合性能的关键指标，而安装错位会使接触轨迹发生偏移，改变传动误差的对称性和波动幅值。为此，基于安装调整提出了一种弧齿锥齿轮接触轨迹和传动误差的优化方法。通过约束装配条件与初始点传动比，建立方程组，求解理论安装调整值；进而引入齿轮副安装错位，建立含安装错位的TCA算法；以安装错位为设计变量，预设接触轨迹和传动误差的特征参数，建立目标函数，并通过非线性优化算法进行求解。结果显示，优化后接触轨迹向齿面小端移动，加载后接触区会向齿面中部扩展，改善了承载接触性能；传动误差曲线下垂偏差量和波动幅值减小，有利于避免边缘接触和改善动态性能。  
        关键词：弧齿锥齿轮;安装错位;齿面接触分析;接触轨迹;传动误差   
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        发布时间：2022-09-23

        设计计算

      • 徐典兴,方辉,汪黎,袁平
        2022, 46(1): 73-79. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.009
        摘要：针对康养行业的需求，基于模块化设计方法，对多功能护理床进行了模块划分和功能分析，完成了多功能护理床的整体方案设计。基于人机工程学原理，对抬背机构进行研究，通过分析对比现有抬背机构的优劣，设计了一种两折抬背机构；建立了相应的运动数学模型，借助Matlab对其进行理论运动分析，并与Adams运动学仿真结果进行对比，验证了机构设计的合理性。借助Ansys对抬背机构的关键部件进行有限元分析，确保了机构的安全性，并制作实验样机进行了验证。  
        关键词：模块化;护理床;机构设计;运动学分析   
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        发布时间：2022-09-23
      • 倪德,钟团结,魏静,曹苗飞,彭斌
        2022, 46(1): 80-86. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.010
        摘要：直升机传动系统旋翼轴系振动是影响其运行可靠性的重要因素，为了提高某共轴反转双旋翼传动系统旋翼轴系扭振安全裕度，在考虑轻量化设计的前提下，通过改变轴段直径尺寸或改变激励频率，使得扭振固有频率与激励频率错开，达到避免共振的目的，实现了轴系扭振调频的优化设计。优化后的轴系扭振安全裕度达到10%以上，扭振特性得到了有效改善。其计算与优化方法对直升机传动系统旋翼轴系的改进设计具有一定的指导意义。  
        关键词：直升机;轴系;扭转振动;优化设计   
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        发布时间：2022-09-23
      • 孙建伟,吕家乐,孙金荣,宋广生,李晓东
        2022, 46(1): 87-92. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.011
        摘要：传统足式机器人在复杂地形上自适应行走方面存在着机构柔性不足。基于张拉整体结构与人体肌肉骨骼系统相似性，提出了一种仿生张拉足式机构，用于提升传统足式机器人自适应地形和稳定锁紧性能。通过张拉单元匹配建立了类似人体足部的张拉整体结构等效映射模型；采用仿生设计方法实现了机构构型设计；制作了物理样件并搭建了实验平台。结果表明，提出的仿生足式机构具有较好的柔性和稳定性，提升了传统足式机器人斜坡地形的自适应稳定行走能力。  
        关键词：张拉整体结构;仿生设计;自适应运动;锁紧机构   
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        发布时间：2022-09-23
      • 罗嘉超,吴群彪,赵宝乐,孙钦虎,杨海娜,张宇彦
        2022, 46(1): 93-97. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.012
        摘要：为了解决老人上床及起身困难等问题，设计了一种辅助老人上床的装置。对老人腿部上床轨迹进行分析，基于数学建模，以球面和圆锥面的相交圆锥截交线来模拟腿部抬升轨迹，设计了一种空间连杆机构来实现腿部抬升；进行了具体结构设计及运动仿真分析。仿真结果说明，该装置能够实现腿部抬升轨迹并且运行状态平稳，验证了其理论可行性。进行实物搭建并进行了真人测试，证明该装置机构巧妙，结构紧凑，能够实现辅助腿部抬升，可适配不同床型，具有广阔的应用前景。  
        关键词：腿部抬升;空间连杆机构;运动仿真;真人测试   
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        发布时间：2022-09-23
      • 邓鹏鹏,张春燕,高兆楼,张胜文,胡传林
        2022, 46(1): 98-103. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.013
        摘要：针对目前企业中存在的人工打磨大型船用螺旋桨叶面效率低、质量不均匀以及工人劳动强度大等问题，提出了一种用于加工大型船用螺旋桨叶面的2P3R型5自由度工业机器人，建立了其完整模型。将末端执行器考虑在内，采用改进D-H法建立了机器人正运动学数学模型并求得其正运动学方程。基于蒙特卡罗法，在Matlab环境下，利用机器人工具箱对机器人工作空间进行求解，描绘出该机器人末端刀具可达工作空间点云图。通过曲面拟合与空间包容对比，结果表明，所设计的2P3R型5自由度工业机器人能够实现对直径4～10 m的大型船用螺旋桨单个桨叶上表面的全部覆盖，为后续对大型螺旋桨加工机器人的运动控制与路径规划等研究奠定了基础。  
        关键词：2P3R型;正运动学分析;蒙特卡罗法;工作空间;曲面拟合;空间包容   
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        发布时间：2022-09-23
      • 李泽辉,宋胜涛,高海豹,宁峰平
        2022, 46(1): 104-109. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.014
        摘要：提出了一种用于苹果加工过程中的分拣和装箱的2-CRR/UPU并联机构。建立2-CRR/UPU并联机构的运动螺旋矩阵，通过螺旋理论对其进行了自由度分析，采用修正的Kutzbach-Grübler公式进行验证；通过机构中的几何关系，求解该机构的位置逆解，推导出该机构的Jacobian矩阵并对其进行了速度分析；通过三维动态搜索法求解该机构的工作空间；根据Jacobian矩阵对机构奇异性进行分析，获得灵巧度指标在工作空间中的分布规律。该2-CRR/UPU并联机构能够进行三平移运动，且运动稳定，能够满足苹果分拣装箱时的动作要求。  
        关键词：2-CRR/UPU并联机构;位置逆解;工作空间;奇异性;灵巧度   
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        发布时间：2022-09-23

        试验分析

      • 李宇涛,金守峰,焦航,侯一泽
        2022, 46(1): 110-114. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.015
        摘要：啮合侧隙是影响摆线针轮副承载能力、摩擦功耗、振动噪声等传动性能的关键因素之一。利用摆线针轮传动原理，建立了考虑侧隙的摆线轮与针齿啮合力及摩擦功耗分析模型，并引入比较系数，描述了侧隙对摆线轮针齿啮合副接触力和摩擦功耗的影响。分析表明，侧隙会显著改变参与接触的针齿数量，从而改变接触力峰值和摩擦功耗，即侧隙增大会导致接触力峰值显著增大，但摩擦功耗会略有降低。该方法可为评估初始及磨损后侧隙对轮齿接触特性的影响机制提供简便的理论方法。  
        关键词：摆线针轮;啮合间隙;轮齿接触力分析;摩擦功耗   
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        发布时间：2022-09-23
      • 吴灿,陶孟仑,陈定方,吴俊峰,舒伟明,陈芳,张慧明
        2022, 46(1): 115-119. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.016
        摘要：柔轮作为谐波减速器中最薄弱的环节之一，一直是谐波减速器可靠性研究中备受关注的对象。以CSG-32-80型谐波减速器为对象，利用Ansys Workbench对其柔轮进行了瞬态分析，得出了柔轮应力、应变的分布情况；将有限元分析结果导入Ncode Designlife疲劳分析模块，结合柔轮材料的S-N应力—寿命曲线，得出了柔轮的疲劳寿命。并通过正交实验的方式探究了柔轮最大应力与柔轮长度、柔轮壁厚、柔轮齿宽3种参数之间的关系，为柔轮结构的最优化设计提供了一定理论参考。  
        关键词：柔轮;有限元分析;疲劳寿命;力学性能;正交实验设计   
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        发布时间：2022-09-23
      • 朱青青,孙强,李媛媛,宋娟,菅光霄
        2022, 46(1): 120-126. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.017
        摘要：为探究内啮合齿轮传动的热弹流润滑特性，考虑多种齿轮传动类型及不同变位系数和的影响，建立了内啮合齿轮传动的热弹流润滑模型，分析了内啮合齿轮系统的热弹流润滑特性。结果表明，与其他齿轮传动类型相比，对于采取变位的内啮合齿轮传动系统，当实现正传动时，其润滑效果最佳，在啮合轮齿间可以形成较厚的润滑油膜，摩擦因数和油膜的最高温升最小，热胶合承载能力最强；当实现正传动时，适当增加内齿轮与行星齿轮的变位系数之和，可以进一步改善内啮合齿轮齿面的润滑特性，但同时降低了油膜刚度。  
        关键词：内啮合齿轮;变位系数;润滑特性;油膜刚度   
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      • 卢凯文,赵娟,王传阳,霍怡洁,郑秋梅,孙杰
        2022, 46(1): 127-136. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.018
        摘要：飞溅润滑作为目前动车组齿轮箱最主要的润滑方式，研究其流场分布的规律对齿轮箱的润滑具有重要意义。在对动车齿轮箱进行简化后，建立齿轮箱飞溅润滑流场模拟试验平台，进行了试验平台的飞溅润滑捕捉试验。基于计算流体力学的理论，利用PumpLinx软件建立了流场模拟试验平台的三维数值分析模型，通过试验和仿真的对比，验证了三维数值分析模型的可靠性。实现了动车齿轮箱润滑油在上坡、下坡和转弯时流场的仿真预测。  
        关键词：动车齿轮箱;模拟试验平台;润滑油流场   
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        发布时间：2022-09-23
      • 张洪彬,郭红,李瑞珍,王鸿涛
        2022, 46(1): 137-142. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.019
        摘要：以动压滑动轴承为研究对象，建立了完全流体润滑模型和混合润滑模型。采用有限差分法进行数值求解，得到摩擦阻力、摩擦因数、承载力和端泄油温升等特性参数；通过膜厚比和摩擦因数判断轴承所处润滑状态，分析润滑状态转变后表面粗糙度对轴承特性的影响；并基于M2000型摩擦磨损实验机进行了混合润滑状态摩擦副跑合实验。结果表明，低转速下增大偏心率，轴承润滑状态从完全流体润滑转变为混合润滑，且综合表面粗糙度越大，润滑状态转变所需偏心率越小；混合润滑状态粗糙峰接触可以提高承载力，但导致轴承摩擦阻力和端泄油温升迅速升高；大偏心下实验结果与混合润滑理论计算结果基本一致。  
        关键词：混合润滑;润滑状态;滑动轴承;表面粗糙度   
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        发布时间：2022-09-23
      • 金兆辉,单沅,王达,孙庆松,马振禹,李铭义
        2022, 46(1): 143-147. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.020
        摘要：为了提高橡胶式CVT的传动效率，使发动机与整车有更好的动力性匹配，进行了发动机与CVT的台架实验，绘制出发动机、CVT外特性和影响CVT因素的曲线。结果表明，在不改变CVT结构的前提下，温度是影响CVT效率的主要因素；在温度为55 ℃时，CVT能保持一个较高的效率。根据CVT外特性曲线绘制驱动力曲线，确定减速器的总传动比为12.9，并确定CVT中的轻甩块与重弹簧的组合可使赛车能较快地到达理论最高车速。  
        关键词：CVT;效率提升;动力匹配   
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        发布时间：2022-09-23
      • 李明昊,乔捷,赵丽娟,范佳艺,张美晨,罗冰
        2022, 46(1): 148-155. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.021
        摘要：截割部行星架作为采煤机的关键零件，其时变可靠性对采煤机的综合性能有着重要的影响。基于Pro/E建立以截割部行星架为模态中性文件的采煤机刚柔耦合模型，研究截割部行星架的动力学性能，获得了截割部行星架薄弱区域和动态应力。基于Matlab获得了截割部行星架薄弱区域三参数威布尔分布的概率密度函数，利用Kstest函数验证其拟合的合理性。依据疲劳寿命可靠性理论，建立了截割部行星架疲劳寿命可靠性模型，计算得到基于Copula函数的截割部行星架多薄弱区域时变可靠度由0.936 2呈指数退化趋势，直至截割部行星架失效，结合可靠性灵敏度设计理论分析了截割部行星架多薄弱区域设计变量对其时变可靠性的影响程度，为截割部行星架的研究提供了理论基础和准确的数据支撑。  
        关键词：采煤机;截割部行星架;刚柔耦合;疲劳寿命;可靠性   
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        发布时间：2022-09-23

        开发应用

      • 周建华,郑攀,王帅星,巫世晶,王晓笋
        2022, 46(1): 156-163. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.022
        摘要：针对行星齿轮箱故障诊断中故障类型难以区分的问题，提出了一种基于小波时频图和卷积神经网络相结合的行星齿轮箱故障诊断方法。首先，对原始信号进行连续小波变换，获取小波时频图；然后，对小波时频图进行统一处理和压缩，将处理好的小波时频图输入到卷积神经网络中进行分类识别，通过调整小波基函数和卷积神经网络参数，最终得到一个较为理想的诊断模型。试验证明，在训练集数据和测试集数据转速不同的情况下，该方法与BP神经网络相比，在诊断准确率和鲁棒性方面都有提升。该方法的研究为行星齿轮箱的故障诊断提供了参考。  
        关键词：行星齿轮箱故障诊断;连续小波变换;小波时频图;卷积神经网络   
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        发布时间：2022-09-23
      • 丁国龙,詹明儒,赵大兴,余运清,董红刚
        2022, 46(1): 164-169. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.023
        摘要：以RV-40E减速器为对象，通过模态仿真与模态实验相结合的方法，对RV减速器进行了自由模态下的动态特性研究。首先，基于Ansys进行RV-40E减速器整机建模与仿真，得到固有频率与振型的仿真结果；然后，对国内和纳博特斯克（Nabtesco）RV-40E减速器的整机实验模态进行对比测试，结果表明，国内RV-40E减速器的1阶模态普遍低于纳博特斯克产品，最大差异为11.1%。同时，将仿真与实验结果进行对比，1阶模态的国内最大差异为-5.8%，纳博特斯克为+5.9%。研究为RV减速器结构优化设计以及模态性能分析提供了有效数据和方法。  
        关键词：RV减速器;有限元;模态分析;模态实验   
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        发布时间：2022-09-23
      • 安宗文,贾盼龙,王强,李志力,雷明远
        2022, 46(1): 170-176. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.01.024
        摘要：摆线轮齿廓修形对于RV减速器的性能具有至关重要的影响。为合理选择修形方法及修形参数，改善摆线轮齿面的受力状态，提出了一种以优化承载能力为目标、基于粒子群优化算法的摆线轮齿廓等距-移距修形方法。以RV-60E减速器为优化实例，对摆线针轮传动部分进行了力学分析；以减少针齿的最大承载能力为目标，建立了摆线轮修形量的数学模型；利用所提优化设计方法求得所需的修形参数及齿廓曲线。通过与等距修形、移距修形及拟合转角修形方法的比较发现，基于粒子群优化算法的摆线轮齿廓修形方法中针齿最大接触力分别减少了15.9%，16.0%和11.8%，提高了RV减速器的承载能力和寿命。  
        关键词：RV减速器;优化设计方法;摆线轮齿廓;等距-移距修形;承载能力   
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        发布时间：2022-09-23
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