最新刊期
      2023 年 第 47 卷 6 期
      本期电子书

        理论研究

      • 夏链,张义恒,韩江
        2023, 47(6): 1-7. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.001
        摘要：由非圆齿轮变速比传动特性引起的时变啮合力对轮齿传动磨损具有重要影响，以精梳机中关键核心部件的椭圆齿轮副为研究对象，应用Hertz基础理论和Archard磨损公式，建立了基于时变啮合力的齿轮磨损计算模型，采用当量齿数法对非圆齿轮的啮合刚度进行求解，分析了单个齿廓的时变啮合力和磨损量的变化规律；在此基础上，研究了阶数和偏心率对椭圆齿轮时变啮合力及磨损量的影响。结果表明，齿轮时变啮合力和齿面磨损量随着偏心率和椭圆齿轮阶数的增加呈现不同程度的增加；时变啮合力在单双齿啮合区交界处发生突变；齿廓磨损量在节圆附近接近零，在齿根和齿顶处的磨损量较大。在对非圆齿轮不同节曲线向径处的磨损量进行研究时发现，在最小节曲线向径处的齿根磨损量显著大于最大节曲线向径处。该研究结果为使用修形方法降低时变啮合力与磨损量，从而延长齿轮寿命提供了一定的理论依据。  
        关键词：非圆齿轮;齿轮磨损;时变啮合力;动力学模型;当量齿数   
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        发布时间：2023-08-14
      • 焦为,徐可君,秦海勤
        2023, 47(6): 8-15. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.002
        摘要：针对齿数大于41的直齿轮，基于切齿几何和齿轮啮合原理，明确渐开线齿廓起点和渐开线与基圆交点的区别，引入过渡曲线参数方程，对基于能量法的时变啮合刚度计算公式进行改进，全面建立了不同裂纹水平的故障轮齿模型。在此基础上，以斜线作为有效齿厚削减限制线，使得裂纹轮齿模型更严格、考虑因素更全面。参考有限元法计算结果，分别讨论了模型修正、裂纹程度、有效齿厚削减限制线具体形式等因素对时变啮合刚度的影响。计算结果表明，未修正轮齿模型会导致大齿数裂纹齿轮时变啮合刚度计算结果偏小；啮合刚度降低程度随裂纹水平的增大而不断增加。根据裂纹水平给出了有效齿厚削减限制线的建模建议：当裂纹水平较低时，有效齿厚削减限制线宜采用直线；当裂纹水平较高时，采用直线会产生较大误差；采用斜线不仅便于计算，同时能够满足计算精度需求，具有更强的实用性。  
        关键词：大齿数;齿根裂纹;不同裂纹程度;有效齿厚削减限制线;时变啮合刚度   
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      • 张涛,刘更,马尚君
        2023, 47(6): 16-21. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.003
        摘要：为了研究间隙铰链对舵面传动机构动态特性的影响规律，基于一种改进的变刚度法向碰撞力模型，计入杆件弹性因素，分别进行了不同间隙值（c=0、c=δ及c=1.6δ）、不同摩擦因数（0.06、0.08及0.1）工况下舵机角速度、角加速度的数值模拟分析。结果表明，因间隙影响，舵机动态输出角速度、角加速度均呈现明显的振荡现象，且角加速度较角速度振荡幅值更大；同时，在驱动载荷发生变化时，角速度、角加速度均存在较大的波动，但无间隙情况下的波动程度较有间隙情况下更大；此外，间隙铰链处摩擦因数越大，角速度和角加速度振荡幅值越大，并伴随高频振荡和延迟现象。  
        关键词：间隙铰链;舵面传动机构;刚柔耦合;动态特性   
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        发布时间：2023-08-14
      • 尹逊民,贾海涛,张西金
        2023, 47(6): 22-26. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.004
        摘要：齿轮承载传动误差是评价齿轮动态啮合性能的一个重要指标，承载传动误差波动幅值越小，齿轮副动态啮合性能越好。针对目前直齿内啮合齿轮承载传动误差研究不充分的问题，以Romax软件为工具，建立内啮合短齿高直齿轮副模型，研究了内啮合短齿高直齿轮齿廓修形参数和螺旋线修形参数对承载传动误差波动幅值的影响，获得了修形参数对承载传动误差波动幅值的影响规律，并采用粒子群算法研究了内啮合短齿高直齿轮修形优化设计方法。研究成果为提高内啮合短齿高直齿轮的动态啮合性能提供了依据。  
        关键词：内啮合直齿轮;短齿;承载传动误差;修形;优化   
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        发布时间：2023-08-14
      • 郭明超,张菊,徐磊,阚琛
        2023, 47(6): 27-33. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.005
        摘要：乏燃料反应器中的主传动系统为面齿轮传动，其处在高温浓硝酸中工作且要求地震条件下不被损坏，为合理设计其强度，研究了该面齿轮传动的动载特性。阐述了面齿轮啮合原理和特性；基于集中质量法建立了面齿轮传动的动力学模型，考虑了制造与安装误差、时变啮合刚度、齿面腐蚀、地震等因素对其动载特性的影响，推导了面齿轮传动系统的微分方程；利用龙格库塔法求解该微分方程，获得了安装误差、地震和腐蚀等因素作用下面齿轮传动的动载荷，进一步分析了激励因素对动载系数的影响规律。结果表明，腐蚀和地震是引起动载系数大幅增加的关键因素；在所考虑的多因素综合作用下，动载荷小于驱动载荷的2倍。  
        关键词：乏燃料;反应器;面齿轮传动;啮合刚度;动载系数   
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        发布时间：2023-08-14

        设计计算

      • 高波,石志新,罗玉峰,林浩
        2023, 47(6): 34-41. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.006
        摘要：基于方位特征集（POC集）的并联机构拓扑设计理论与方法，设计了一种新型3自由度（DOF）的具有圆柱面平移和一转动（2T1R）的并联机构，并且对该机构进行了拓扑特性分析。主要包括：方位特征集、自由度和耦合度计算；对机构进行运动学分析，求解机构位置的正逆解，并对该机构进行了数值验证；基于机构位置的正逆解方程，分析了机构的工作空间及转动能力。为该机构后续的尺度优化、误差分析及动力学分析奠定了基础。  
        关键词：并联机构;弯曲平移;运动学分析;工作空间   
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      • 刘娟,李瑞琴,王远,宁峰平
        2023, 47(6): 42-48. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.007
        摘要：酒盒包装生产线中的一工位因车间布局原因导致两生产线产生高度差，而该高度差易导致该工位酒盒底座的次品率增加。针对次品率高的问题，综合提出了一种1R2T的并联机构；基于螺旋理论及螺旋互易原理，综合出多种可满足工位需求的并联机构，并根据现场工况，选出2RPS-RPR并联机构，该机构具有3个自由度，可实现1R2T功能；对该并联机构进行了逆解分析及工作空间描述，并根据生产线布局绘制该并联机构的三维模型，分析了机构运动的合理性。研究证实，利用旋量理论构型设计和实际工况相结合的方式是一种非常有效的理论分析方法。  
        关键词：酒盒包装;1R2T运动;并联机构;螺旋理论;构型设计;工作空间   
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        发布时间：2023-08-14
      • 郑建瑞,邓兴,李哲,杨再明,吴腾,杜金泽,卓佳鑫
        2023, 47(6): 49-56. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.008
        摘要：围绕能源与重型机械对传动装置高效率与高输出力矩的需求，对NN型少齿差传动以最高效率与最大输出力矩进行了多目标优化研究。首先，对一定齿数范围内不同齿数差、不同错齿数下所有齿数组合进行遍历，得出配齿表；随后，建立NN型少齿差传动的多目标优化模型，以齿数组合、标准压力角、啮合角、齿顶高系数以及变位系数为优化设计变量，考虑重合度、齿廓重叠干涉、齿顶厚度等约束条件，使用基于Pareto的多目标差分进化算法对优化模型进行求解，得出Pareto最优解集的分布。将本文得出的结果与机械设计手册中的结果进行对比，结果显示，本文结果优于机械设计手册中的结果，可为NN型少齿差传动的设计提供参考。  
        关键词：少齿差;效率;多目标优化;进化算法   
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        发布时间：2023-08-14
      • 况驰,李晶,胡俊峰,李卉
        2023, 47(6): 57-64. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.009
        摘要：为解决现有研磨仪连杆在设计使用年限内出现断裂失效的问题，对连杆进行了结构优化设计。首先，对连杆所属曲柄滑块机构进行动态静力分析，求解出连杆在1个运动周期内受到的外力，以此作为后续连杆强度分析的理论依据；其次，使用Ansys Workbench完成连杆的静力学强度分析和疲劳强度分析，确定连杆失效是由于疲劳强度不足造成的；最后，以连杆质量最轻为优化目标，以满足疲劳强度要求为约束条件，使用响应面法对连杆进行优化设计。优化设计确定了合适的过渡圆角半径、薄端圆环厚度和杆身宽度。仿真结果表明，优化后连杆受到的极限拉伸等效应力最大值降低了58.7%，疲劳寿命增加了1.4倍，能够满足使用要求。  
        关键词：连杆;曲柄滑块机构;动态静力分析;有限元分析;响应面优化设计   
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        发布时间：2023-08-14
      • 李朋飞,王靖岳,郑珺文,韩允童,雷虎,王军年
        2023, 47(6): 65-70. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.010
        摘要：传统的计算滚子接触载荷与接触变形的方法计算量庞大，易出现系统崩溃的情况。采用等效替代的方法，建立了3种等效数学模型，运用牛顿迭代原理求解出滚子的变形量，进而求得不同滚子在3种数学模型下的接触变形与接触载荷，按照从小到大再到小的顺序进行数值排列，得到任意滚子在不同时刻的接触变形及接触载荷的变化范围。与传统计算方法相比，提出的新方法计算生成的程序迅速，不易出现系统崩溃的情况，且计算结果满足传统方法的数值。  
        关键词：圆柱滚子轴承;接触载荷;接触变形   
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        发布时间：2023-08-14
      • 吴鸿雁,马前帅,李香飞
        2023, 47(6): 71-78. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.011
        摘要：基于滚齿仿真计算研究大变位柔轮成形机制，分析其齿面理论加工误差值及产生原因，重新设计滚刀以提高大变位柔轮滚齿精度。建立滚刀系列切削刃参数方程，根据滚刀与工件的几何参数及加工参数确定滚刀与工件相互位置和空间运动关系，进行滚齿切削仿真；根据滚刀多刃切削的成形特点，建立齿面理论加工误差评价模型，对滚齿误差进行仿真计算；基于滚齿加工时滚刀与齿轮法向基节相等原理，重新设计滚刀以减小滚齿齿面偏差。研究发现，标准滚刀加工齿数较多的大变位柔轮时，会因滚刀切削刃数不足而在齿顶处出现欠切削，致使加工误差大；模数、压力角不同于标准滚刀的新滚刀仅需较少切削刃即可实现大变位柔轮的完全切削，且齿面加工误差比标准滚刀完全切削齿面时产生的加工误差略小。研究结果可为大变位柔轮滚齿精度控制研究及滚刀参数选择等提供重要参考。  
        关键词：谐波齿轮;大变位柔轮;滚齿仿真;齿面偏差;滚刀设计   
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        发布时间：2023-08-14

        试验分析

      • 陈湛,张建超,胡玉飞,王军
        2023, 47(6): 79-87. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.012
        摘要：为了掌握高速列车齿轮传动系统在驱动端、负载端转矩激励下的动力学特性，建立了高速列车齿轮传动系统纯扭转振动模型；利用增量谐波平衡法（Incremental Harmonic Balance Method，IHBM）得到了系统在驱动端、负载端转矩激励下的解析解，与系统数值解进行对比，验证了IHBM的合理性；通过绘制系统的频响曲线，分析了驱动端、负载端转矩激励中主要参数的变化对系统动力学特性的影响。结果表明，在驱动端、负载端转矩激励的参数变化下，系统中出现了多个高阶超谐共振区、幅值跳跃、1个甚至多个多值解区域等非线性特征。研究结果对于深入分析在驱动端、负载端转矩激励下的高速列车齿轮传动系统的动力学特性具有独特的参考价值。  
        关键词：高速列车;齿轮传动系统;纯扭转振动;增量谐波平衡法;解析解   
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        发布时间：2023-08-14
      • 付征宇,刘青松,邓明明,邵文
        2023, 47(6): 88-93. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.013
        摘要：采用主轴式滚磨光整工艺对14CrMnSiNi2MoA航空圆柱直齿轮进行光整加工试验，对航空齿轮滚磨光整前后的表面形貌、残余应力、显微硬度、微观组织等进行了系统研究。结果表明，对磨削后的航空齿轮进行滚磨光整，可以显著改善齿轮表面完整性；滚磨后齿面粗糙度可以降低到0.2 μm以下，齿面平均残余压应力可以提高约45%，提高了齿面硬度；滚磨前后齿面粗糙度与残余应力分布表明，主轴式滚磨齿面残余压应力增加量和粗糙度降低量呈现为从齿根往齿顶逐渐升高。试验结果为齿轮滚磨光整工艺参数制定提供了理论依据。  
        关键词：航空齿轮;滚磨光整;表面形貌;残余应力;显微硬度   
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        发布时间：2023-06-19
      • 王晓磊,尹博文,李晓丹
        2023, 47(6): 94-99. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.014
        摘要：针对多节式管道机器人在转弯过程中接触点速度发生突变，影响机器人运动稳定性的问题，对机器人转弯过程进行了探究。以管道机器人弯管中的位姿模型为基础，对机器人与管道接触点的位置与速度进行求解。首先，对机器人转弯过程进行简单描述；其次，建立管道机器人在弯管中的位姿模型并求解机器人与管道接触点的位置；然后，对机器人的速度进行分析，找到机器人速度不发生突变的姿态角度；最后，通过Matlab数值求解与Adams仿真，验证了结论与求解过程的正确性，为机器人转弯过程中的控制奠定了基础。  
        关键词：管道机器人;转弯过程;稳定性分析;姿态角度;仿真验证   
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        发布时间：2023-08-14
      • 王春玲,刘琳琳,王三民,赵永进,王冀,王勇帆
        2023, 47(6): 100-106. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.015
        摘要：多分支齿轮传动在大功率舰船动力传输系统中应用逐渐增多，为实现各支路均载而采用的弹性轴结构则会导致传动系统的固有频率减低，从而使运转过程中发生共振的可能性增加。基于商用有限元软件（Ansys），建立某船用六分支同轴人字齿轮传动系统的有限元模型，在各支撑处保留转动自由度，约束其余自由度，计算了传动系统的前20阶固有频率与振动；针对巡航转速，基于坎贝尔图，分析了系统的共振特性；研究了均载弹性轴刚度对系统固有频率的影响规律，得出了避免传动系统共振发生的弹性轴刚度取值范围，为六分支同轴人字齿轮传动系统的减振设计提供了参考。  
        关键词：人字齿轮;分扭传动;固有特性;共振分析;弹性轴刚度   
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      • 邓涛,郑宇惟,张雨潇,柳平
        2023, 47(6): 107-114. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.016
        摘要：为了研究斜盘发动机摆盘机构相关参数对发动机动力性能的影响，通过对斜盘发动机摆盘机构相关参数的推导，建立了其设计参数与发动机动力学性能之间关系的数学模型；结合该数学模型，采用控制变量法，研究摆盘机构缸数的变化对输出转速及斜盘质心位移的影响，并进行了Adams仿真分析。结果显示，当选择缸数为自变量时，斜盘倾角从29.93°逐渐减小至14.26°，且缸数为7缸时的转速平均偏差最小，为0.005 4 r/min；斜盘质心在x轴、y轴上的位移平均值也最小，分别为-0.005 9 mm、-0.016 7 mm；在z轴上的位移平均值为0.038 8 mm，虽不是最小值，但偏移幅值更小。结果表明，发动机缸数为7缸、斜盘倾斜角为16.35°的结构时，主轴转速稳定性及斜盘的稳定性均为最优。研究为斜盘发动机的参数设计提供了参考。  
        关键词：斜盘发动机;摆盘机构;数学模型;仿真;动力性   
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        发布时间：2023-08-14
      • 段园聪,郑永,彭东林,徐是,王阳阳
        2023, 47(6): 115-120. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.017
        摘要：为提高蜗轮副传动误差的检测水平，设计了一台适用于中大型蜗轮副传动误差检测的仪器，其具有大尺寸、动态测量、多参数同时测量等优点。阐述了传动误差检测系统的基本构架，以及仪器的总体设计方案；介绍了仪器的工作原理，提出将时栅传感器与仪器相关部件一体化加工的构想，使用SolidWorks进行了关键零部件设计，完成了结构布局和虚拟装配；通过Ansys Workbench对横梁装配体进行有限元分析并进行了结构优化，优化后1阶固有频率提升23.95%，各阶固有频率对应振幅均明显减小。  
        关键词：蜗轮副;传动误差;时栅传感器;SolidWorks;ANSYS;Workbench   
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        发布时间：2023-08-14

        开发应用

      • 李洋,许立新,侯昌兴,常乐
        2023, 47(6): 121-129. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.018
        摘要：提出了一种新型活动柱销式精密摆线减速器。首先，阐述了活动柱销式摆线减速器的传动原理与结构特点，该新型摆线减速器设有活动柱销输出机构，将输出柱销与柱销孔之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，可显著提高减速器传动效率；其次，对关键传动零部件的静力学特性进行了计算，分析了摆线齿廓修形和柱销孔配合间隙分别对摆线传动啮合力和活动柱销接触力的影响；然后，基于有限元技术对减速器整机的模态特性进行分析，获得了减速器各阶固有频率和振型特征；最后，完成了活动柱销式摆线减速器物理样机制造并进行了传动效率测试，为工业机器人精密减速器产品创新提供了一种有效的技术方案。  
        关键词：摆线减速器;活动输出柱销机构;静力学分析;模态分析;样机制造   
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        发布时间：2023-08-14
      • 刘俊利,缪炳荣,张盈,李永健,黄仲
        2023, 47(6): 130-138. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.019
        摘要：针对滚动轴承振动信号难以提取低维度敏感特征的问题，提出了一种基于逻辑回归优化变分模态分解（Variational Mode Decomposition，VMD）及均匀流形逼近和投影（Uniform Manifold Approximation and Projection，UMAP）的滚动轴承故障特征提取方法。首先，通过移动窗方法进行原始数据的样本划分，完成训练集以及测试集的构建；其次，随机抽取训练集部分数据进行不同分解模态数下的VMD，并对各层子信号进行特征提取，完成多个特征集的构建；然后，通过逻辑回归分别计算各特征集中各特征与标签的复相关系数，以确定变分模态分解的分解模态数和高度相关特征，并将此应用于训练集和测试集，得到高维特征数据集；最后，采用UMAP降维，获取具有高判别性的低维度特征，完成最终特征集构建。以3种常用智能算法的识别准确率及测试特征集中类内余弦距离和类间余弦距离的比值作为评价指标，结果表明，该方法不仅能实现多种轴承故障特征的有效提取，而且抗噪性良好，对于实际轴承故障诊断时的特征提取具有一定的参考价值。  
        关键词：故障诊断;滚动轴承;变分模态分解;逻辑回归;均匀流形逼近和投影   
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        发布时间：2023-08-14
      • 张福江,李忠山,崔卫卫
        2023, 47(6): 139-147. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.020
        摘要：油膜附水滴（Oils on Water，OoW）作为典型的增效微量润滑（Minimal Quantity Lubrication，MQL）技术，具有和大量浇注冷却油近乎相同的冷却性以及优异的润滑性能。基于OoW技术机制，开发功能先进的MQL产品，用于滚齿生产，并在实践中优化了加工参数。产品应用结果表明，滚齿MQL具有降低加工油烟、提高刀具寿命、扩大干切机床加工模数范围及降低二氧化碳排放等优异性能。该项技术的研发对传统齿轮行业升级改造、新型准干式切削机床开发以及建设绿色工厂具有重要意义。  
        关键词：微量润滑;油膜附水滴;滚齿;绿色制造   
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        发布时间：2023-06-19
      • 闫小楼,邱阳,李有利
        2023, 47(6): 148-152. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.021
        摘要：为了优化重卡驱动桥结构性能，实现整桥轻量化市场供应目标，以CAE/CAM技术为支撑平台展开相应研究。运用体系化布局思维，科学搭建数学模型，经CAE仿真分析与CAM协同生产，形成完整的轻量化设计车桥，并进行了样机试验。结果表明，轻量化设计后的整桥在满足噪声限值、B10寿命等关键性能参数的前提下，其质量相对减轻12.7%，传动效率达95%以上。该设计方法可为重卡其他零部件改进提供参考思路，尤其在轻量化研究领域，具有较强的应用推广前景。  
        关键词：驱动桥;轻量化;CAE/CAM技术;协同生产;传动效率   
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        发布时间：2023-08-14
      • 司马明洋,张林,王保平,姜明阳,刘洪彬
        2023, 47(6): 153-159. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.022
        摘要：针对现今装配式建筑预制墙板的安装问题，设计了一种新型墙板立板机，通过动臂翻转机构实现末端抓取装置俯仰位姿调节，进而实现预制墙板定位安装作业。其中，动臂翻转机构属于液动连杆机构，通过力学仿真分析发现，动臂起落机构属于主要承力机构，驱动油缸负载最大。为此，针对动臂起落机构建立尺度优化模型，以驱动油缸的最大负载最小为目标函数，基于复合形法优化算法求得动臂翻转机构最优尺度参数，优化后驱动油缸最大负载降低36%左右，驱动油缸性能显著提升；通过Creo软件建立虚拟样机，进行了刚体动力学仿真分析，验证了机构尺度优化模型的可行性；最后，进行样机研制及其施工试验，动臂翻转机构工作性能符合设计要求。  
        关键词：装配式建筑;立板机;仿真分析;尺度优化;复合形法   
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        发布时间：2023-08-14

        综述

      • 刘刊,王旭鹏,吉晓民,唐欣尧,韩冰
        2023, 47(6): 160-176. DOI: 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.06.023
        摘要：随着社会老龄化的加快，膝关节骨性关节炎（Knee Osteoarthritis，KOA）发病趋于年轻化，其对社会和患者产生极大困扰。为有效抑制KOA病变，并对KOA关节置换术后康复提供辅助，各类运动支具和康复训练装置应运而生，其中，康复辅具在KOA人群的康复训练中发挥了重要作用。为更全面地研究康复机器人在KOA人群康复训练中的应用，在分析KOA人群不同发病阶段康复需求的基础上，综述了辅助下肢运动障碍人群进行康复训练的机器人在机构结构、控制等方面的研究现状；针对KOA人群的康复机器人关键技术进行了分析。这为未来KOA人群康复机器人的设计提供了理论依据。  
        关键词：KOA人群;膝关节置换术;机器人;辅助康复;干预策略   
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        发布时间：2023-08-14
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