機械傳動論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇機械傳動論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

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1傳動齒輪失效的成因分析

現代井下運輸基本上都依靠齒輪運輸作為主要的運輸基礎支持。而齒輪的常見性問題成因則主要分為以下幾點。

1）磨損。井下煤礦運輸，主要由于地質條件的影響，其工作量十分大，這樣就導致齒輪經常處于高負荷狀態下工作。而這些都會加重工作的負擔，導致在生產中產生較大影響。而齒輪磨損，則成為了最主要的損傷形式之一。在進行基層生產的過程中，通過層面的生產使用方法，也會加重齒輪的使用壽命。而在運輸中，過長的皮帶運輸機制，也大大加重了工作負擔。因此在井下運輸中，齒輪的消耗是十分快的，而在建設過程中，齒輪的磨損，也會直接影響到生產的可持續性。

2）表面金屬疲勞。金屬疲勞顧名思義是齒輪表面或內部出現的一種材料損傷情況，對于持續性的高效率生產，齒輪的金屬內部構造會產生一定的拉傷，主要成因就是因為在生產的過程中，生產力超過了齒輪的額定荷載上線，從而導致內部出現裂紋，而生產過程中，這些裂紋就會導致齒輪的斷裂，嚴重損害了井下生產傳動系統的安全性。

3）塑性流動。塑性變形會導致嚴重的飛邊現象產生，對周邊的生產等也會產生影響。由于齒面失去了部分的作用效果，在使用中就會導致出現人字形的魚尾狀皺紋，并導致整體結構的滑動。

4）斷裂問題。斷裂意味齒輪都將失去使用作用。在生產中，齒輪發生斷裂的原因有很多，斷裂導致的問題則影響嚴重。其中最主要的斷裂原因分別為疲勞損傷斷裂、負荷斷裂、磨損斷裂以及淬煉斷裂等。出現以上問題的主要因素在于，制造加工的過程中沒有嚴格按照相關質量標準進行澆筑制造。導致在生產后，齒輪中出現較大的缺陷，在使用中引起了一系列的嚴重影響。其次在安裝的使用過程中，沒有選擇較大的使用標準，導致在生產的過程中，齒輪長時間處于超高負荷的生產之中。

2提高礦用機械齒輪使用時間的主要措施

針對礦山機械的日常使用中，由于極易出現磨損問題，在日常的使用中，需要從以下幾點進行注意，并在使用中進行及時維護，才能夠確保安全生產。

1）應用短圓柱型的滾子，輔助齒輪進行傳動運輸，保證在齒輪的日常運行中，能夠安全有效地進行生產，而在這一類的生產中，需要通過對技術上的科研改進，進而確保整體生產的有效性。在生產過程中，煤礦的機械齒輪其轉動控制作用，對于緩解機械生產中的消耗，都有較高的減緩作用，這樣對煤礦的日常生產都能夠有效降低其生產的成本。在生產的過程中，通過對煤礦機械齒輪的有效控制，能夠在現代技術的帶動下，為工作提供有效的生產形勢。

2）利用短圓柱滾子的結構特點，在使用轉輪進行外圈固定的過程中，不僅能夠有效增強滾柱的結構穩定性，同時也能夠更好地促進柱子的良好性，而采取輪齒的鉆孔排距，在運輸的過程中，由于阻力的調控，也能夠在一定的運輸量上降低功率的損耗。這樣不僅減少了對工程施工的施工要求，在電損耗上，也有效地減少了對齒輪的消耗。在減少齒輪損耗的過程中，采取有效的系統運輸裝置，能夠在延續煤礦機械的運轉中，提供更為有效的電能損耗減免效益，其減少的頻率與安裝調試過程中的使用情況呈現一定的正比例關系。在使用的過程中，從煤礦機械的齒輪油能否保證滾子順暢性進行分析，內圈和軸距之間，其圓柱式滾子，能夠更好地保證施工的質量標準。

3）煤礦運輸機械的齒輪中短圓柱滾子的數量。在對煤礦機械的短圓柱滾子型號的確定過程中，針對運輸的特點進行型號確定，其選擇需要遵循以下幾點。首先，煤礦機械的齒輪從短圓柱滾子的數量進行確定，歸納其中可能出現的諸多失誤，并以此來完成整體機械的模型設計。在設計的過程中，分析煤礦機械的齒輪短圓柱滾子數量，以對其中的典型性進行確定。礦山機械的功率通常較高，所以在進行工作的運行過程中，其負荷也比較大，所以在進行型號的選擇上，一般需要控制在k＝10的基礎以上，其中k＝10是滿足基本使用定律的根本。為保證在生產張軸承的承重效應符合工作需求，需要對不符合的零部件進行取締。

4）針對機械齒輪的處理。不論在何種環境下使用大型機械，對齒輪的都是保證機械正常運行的根本所在。而針對煤礦井下操作環境中的惡劣性，對齒輪的更為重要，在進行齒輪的過程中，從齒輪和軸承的抗震性、抗沖擊性、精準性等多個方面進行考慮后，方可進行精密，保證軸承的承受力，在日常的操作范圍之內。井下作業過程中，由于大量的粉塵、潮濕空氣，對金屬元器件的損傷要遠遠高于地面。與此同時，地下的電離平衡與地面不同，這都會直接影響到工作面的生產作業，而在生產作業的過程中，惡劣的環境也會加重這一生產的機械部件。所以及時有效的工作，對機械零部件的使用壽命，以及井下生產都有不錯的促進作用。大型礦井下，對機械工作量大的設備，應當保持其齒構件在生產工作中的結構穩定性，這樣才能夠確保生產工作的有序進行。

篇（2）

齒輪傳動是現代機械傳動中廣泛采用的主要運動形式之一。做為最常見的機械傳動零件，它優點很多應用廣泛。但是，齒輪傳動也存在其固有的缺點：不能緩和沖擊作用。當制造、安裝和使用過程中出現不當情況往往會引起較大的振動、噪聲，甚至發生斷裂等失效故障。產生齒輪失效的原因比較復雜，下面就此進行探討。

1、齒輪失效的主要形式

1.1 輪齒折斷

輪齒受力后，相當于懸臂梁受載，齒根部彎曲應力最大，同時齒根又有較大的應力集中，因此，輪齒彎曲折斷一般發生在齒根部分。齒輪傳動工作時，輪齒每嚙合一次，齒根彎曲應力變化一次。當彎曲應力超過彎曲疲勞極限，輪齒重復受載后，齒根處就會產生疲勞裂紋，并逐漸擴展，致使輪齒折斷，這種折斷稱為疲勞折斷。輪齒受到短時意外的嚴重過載或沖擊載荷作用也易造成突然折斷，這種折斷稱為過載折斷。

1.2 齒面點蝕

齒面點蝕是一種在輪齒表面上出現麻點的齒面疲勞損傷。齒輪傳動工作時，輪齒表面的接觸應力呈脈動變化。在接觸應力作用下工作一定時間后，靠近節線的齒根表面就會出現若干小裂紋，油滲入裂紋，當裂紋隨輪齒嚙合而閉合后，封閉在裂紋中的油在壓力作用下，產生楔擠作用而使裂紋擴大，最后導致表層小片狀剝落而形成麻點狀凹坑，稱為齒面疲勞點蝕。齒輪發生齒面點蝕后，嚴重影響傳動的工作平穩性并產生振動和噪音，影響傳動的正常工作，甚至導致傳動的破壞。

1.3 齒面膠合

膠合是比較嚴重的粘著磨損，在高速重載傳動中時，因滑動速度高而產生的瞬時高溫會使油膜破裂，造成齒面間的粘焊現象，粘焊處被撕脫后，輪齒表面沿滑動方向均成溝痕，這種膠合稱為熱膠合。在低速重載傳動中，不易形成油膜，摩擦熱雖不大，但也可能因重載而出現冷粘著，這種膠合稱為冷膠合。熱膠合是高速、重載材料傳動的主要失效形式。

1.4 齒面磨損

互相嚙合的兩齒廓表面有相對滑動，在載荷作用下，會引起齒面的磨損。如果磨損的速度符合預定的設計使用期限，則應視為正常磨損。正常磨損的齒面很光亮，沒有明顯的痕跡。在規定的磨損量界限內，并不影響齒輪的工作能力。但齒面磨損嚴重后，輪齒將失去正確的齒形，會導致嚴重的噪音和振動，影響齒輪正常工作，齒厚逐漸減薄，最后導致輪齒因強度不足而折斷。

1.5 齒面塑性變形

當齒輪材料較軟而載荷及摩擦力又很大時，在嚙合過程中，齒面表層材料就會沿著摩擦力的方向產生塑性變形，從而破壞正確齒形。在主動輪齒面節線的兩側，齒頂和齒根的摩擦力方向相背，在節線附近形成凹溝；在從動輪齒節線的兩側，齒頂和齒根摩擦力方向相對，因此在節線附近形成凸脊，齒面塑性流動破壞了正確的漸開線齒廓，導致輪齒從動失效。

2、導致齒輪失效現象的主要誘因分析

(1)制造誤差齒輪制造時造成的主要異常有:偏心、齒距偏差和齒形誤差等。

所謂偏心，是指齒輪(一般為旋轉體)的幾何中心和旋轉中心不重合。齒距偏差是指齒輪的實際齒距與公稱齒距之差;而齒形誤差是指漸開線齒廓有誤差。

(2)裝配不良齒輪裝配不當，會造成齒輪的工作性能惡化。例如，在齒寬方向只有一端接觸，或者齒輪的直線性偏差等，使齒輪所承受的載荷在齒寬方向不均勻，不能平穩地傳遞動力。這種情況使齒的局部增加多余的載荷，有可能造成斷齒，此現象稱為“一端接觸”。

3、預防和改進齒輪傳動失效的措施探討

3.1 優化設計

機械齒輪在不加大外形尺寸的條件下，如何提高其強度和壽命是從設計環節預防和改進齒輪傳動失效的主要方向。特別是對于承受重載和沖擊載荷的機械齒輪,其彎曲極限應力強度和接觸耐久性極限強度都必須得到有效提升，這就需要不斷優化設計，包括優化選材、優化齒形結構、采用先進加工和處理工藝，這樣才能通過表面光潔度、合理的硬度和嚙合參數、有效的參數、裝配要求等工藝的提升，來實現避免齒輪傳動失效的現象。

3.2 合理選材

齒輪材料的選擇,要根據強度、韌性和工藝性能要求,綜合考慮。對于承受重載和沖擊載的齒輪,采用含Ni的以Ni-Cr和Ni-Cr-Mo合金滲碳鋼為主的鋼材(含Ni量2%-4%)；對于負載比較穩定或功率較小、模數較小的齒輪,亦可選用無Ni-Mn鋼。同時，應盡量選用冶金質量好的真空脫氣精煉鋼和電渣重熔合金鋼，這種鋼材的純度高,具有較好的致密度,含氧、氮和非金屬等雜質極少,塑性和韌性高,減少了機械性能和各向異性，齒輪極限荷可提高15%-20%。

3.3 應用熱處理工藝術

傳動機械齒輪的承載能力不僅取決于表面硬度,還取決于表層向芯部過渡區的剪切強度的比值。深層滲碳淬火是提高芯部硬度的有效措施，滲碳齒輪經過淬火和回火，不但能硬化表層,還能產生壓應力。它可比單純滲碳齒輪的強度極限應力提高13%以上,壽命可提高1倍。需注意的是，在熱處理后，還應進行油浴人工時效處理。

3.4 表面強化處理

對齒面和齒根進行噴丸強化處理,通常是齒輪加工的最后一道工序,可在滲碳淬火或磨齒后進行。嚴格按照設計的噴丸工藝要求操作，能使齒輪的接觸疲勞強度提高30%-50%,使齒根彎曲疲勞強度得到改善能有效地阻止裂紋擴展,使實際載荷比外加載荷小得多。

3.5 正確安裝運行

實踐表明，齒輪的安裝精度對其承載能力、磨損和使用壽命影響很大。無論是新安裝、更換或檢修安裝，都應按照安裝技術規范和標準進行，確保齒輪軸心線的水平度、平行度、中心距、軸承間隙、齒輪側隙、頂隙、接觸區域或軸向竄動量等。

3.6 有效

對于齒輪的磨損失效有著重要的影響,應當引起足夠的重視。機械傳動齒輪的接觸應力通常很高,因此輪齒接觸表面材質的局部彈性形變不容忽視，因此，應根據各類工況對齒面強度的影響進行具體分析，通過有效、合理來避免齒輪失效現象的發生。

4、結語

齒輪的失效形式雖然多種多樣，但在實際工作應具體分析齒輪失效的誘因，才能作出正確的選擇，合理加強齒輪加工、使用和維修保養措施，從而有效避免齒輪失效現象的發生。

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關鍵詞： 齒輪減速器；機械傳動；降噪問題；措施

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

中圖分類號：TH132.41 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）29-0058-02

0 引言

在工業機械設計中，齒輪傳動是齒輪減速器最主要的部分，也是系統功率傳遞的主要形式，因此齒輪作為機械傳動的主要角色，在整個機械系統中發揮著舉足輕重的作用，但是以往的對于齒輪傳動性能的評價只注重于傳動效率、平穩性、可靠性等方面，忽略了齒輪傳動噪音的問題。隨著人們對于機械設備性能品質要求的提高，對工作環境也有了很高的要求，從而使得減速器齒輪傳動噪音問題凸顯了出來，成為了機械傳動中急需解決的問題。

1 齒輪傳動中噪音產生機理

1.1 系統傳動誤差 在齒輪傳動中，一個整體機械系統其組成往往較為復雜，完整的齒輪箱作為復雜的傳動系統，在力的各種形式轉化過程中，會產生高達幾十種的固有頻率，因此振動形式各式各樣。在物理學中我們知道，聲音是由振動產生的，任何系統傳動都會產生振動。在系統傳動中，振動是由系統誤差引起的，系統誤差是導致振動的主要原因。

1.2 齒輪傳動誤差 齒輪傳動中噪音主要產生原因是漸開線誤差或者齒輪間相鄰齒距誤差而造成的。而齒輪傳動中振動幅度和振動頻率是齒輪噪音大小的主要衡量因素，在噪音研究中有著重要的意義。但是在實際研究中齒輪系統機械響應是非常復雜的，因此可以通過調整激勵來改變系統固有頻率。總而言之，齒輪傳動誤差是作用在齒輪和整個系統的擾動因素并使之產生響應，從而產生噪音通過空氣向外傳播。

2 齒輪減速器在機械傳動中噪音成因分析

2.1 參數因素 ①齒輪精度。齒輪精度是其設計和加工品質重要衡量標準，高精度的齒輪在機械傳動過程中平穩運轉，產生較少的噪音。但是在實際輪齒設計和加工中，出于經濟性原因，為了降低成本，設計者往往在滿足基本強度要求下最大限度選用低精度齒輪等級，因此忽略了精度等級，低精度成為齒輪產生噪聲與側隙的主要因素，造成噪音增大。②齒輪寬度。在齒輪傳動允許的設計范圍內，盡可能的增大從動齒輪齒寬，這樣可以增大接觸面積，不但能夠提高齒輪受載能力，還可以提高輪齒傳動的平穩性，減少振動，達到降噪聲目的。③齒距和壓力角。在適當的范圍內減小齒距能夠增加輪齒嚙合數量，增加輪齒重合度，從而降低嚙合齒輪撓度，提高傳動效率，減少噪音的產生。此外，較小的壓力角可以使得齒輪接觸角和橫向重合度都增大，使得傳動平穩，降低噪音、提高傳動精度。

2.2 精度因素 ①嚙合平穩性精度。齒輪的工作平穩性精度是指在齒輪傳動中對于齒輪瞬時速比的變化要求。在齒輪轉動一周時會多次出現的轉角誤差，在輪齒嚙合過程中瞬時傳動比的變化會使得齒輪產生多次撞擊形成振動，這樣使齒輪在傳動過程中產生噪音[1]。②齒輪接觸精度。齒輪接觸斑點大小是評價齒輪接觸精度好壞的主要指標，接觸斑點過小勢必會造成齒輪傳動噪聲增大。齒輪接觸精度低是由于齒向誤差影響了輪齒橫向接觸面積，而輪齒基節偏差和齒形誤差都會對輪齒橫向接觸面積產生影響。③齒輪運動精度。齒輪的運動精度主要表征了運動傳遞的準確性，即齒輪在嚙合一個周期后轉角誤差最大限值。齒輪齒圈徑向跳動在齒輪旋轉一周內的齒間累計誤差會產生低頻噪音，尤其當齒間累計誤差逐漸增大時，會在齒輪嚙合時造成沖擊，從而導致角速度的變化，使得噪音顯著增大。

2.3 裝配因素 ①齒輪軸向裝配間隙過小。如果齒輪在裝配前沒有將其毛刺及時清除，將會導致齒輪端面與前后端蓋之間的滑動接合面在嚙合過程中造成接合面的損壞，使得齒輪運動精度降低，產生噪音。②雜物影響。齒輪箱由于雜物進入，造成輪齒間磨損加劇，齒輪在轉動過程中平穩度降低，不但降低齒輪傳動效率，還會使得噪音增大。

3 齒輪減速器在機械傳動中的降噪措施

3.1 齒輪的參數合理優化 ①適當增大主動齒輪的螺旋角。因為當螺旋角增大時，齒輪重合度也會隨之加大，這樣會使得噪音大大降低。然后，當螺旋角過大時，會導致齒輪加工和安裝可操作性變差，對安裝精度要求很高，如果達不到精度，就會使實際的重合度變小，其降噪效果反而比螺旋角較小時要差，因此要選擇合適的螺旋角。②增加從動齒輪齒面寬。齒寬適當增加會使得輪齒嚙合度提高，從而使輪齒傳動平穩性增強。所以齒輪的齒寬越大其平穩性越好，降噪效果越好。③提高齒輪精度。齒輪精度的提高，將大大提高輪齒表面粗糙度，從而提高齒輪的運動精度，有效的降低噪音。

3.2 合理選擇齒面硬度、齒輪側隙 通過實驗可以得出結論：通常模數齒輪側隙小于0.04mm時，噪聲較低。所以在設計允許的范圍內適當減小齒輪側隙就可以降低噪音。此外，在相同材料和精度的情況下，軟齒面比硬齒面噪聲要小1.5-6dB，采用主動齒輪硬度比從動齒輪硬度高2-3HBC時取C，可有效降低噪聲。

3.3 對齒面進行特殊處理 在齒輪強度設計所允許的情況下，齒輪加工可以選用高阻尼鑄鐵或某些非金屬材料，也可以通過給齒面進行涂鍍非金屬材料來進行處理。因為選用具有良好塑性和韌性的材料可以減少齒輪嚙合沖力與節線撞擊，通過減少振動與撞擊的方法，就可以有效降噪。

3.4 改善齒輪條件 齒輪的要根據齒輪的圓周速度來選擇適當的方式與油，這樣就可以有效的降低噪音。因此根據減速器的不同以及工作條件的差異來選擇合適的方式與劑。此外，對于在高溫環境下工作的減速器，僅通過油池將達不到潤和要求，因此要結合循環油等方式進行。

3.5 合理設計減速箱箱體結構 在減速器齒輪箱箱體設計過程中，合理的箱體結構可以增加齒輪傳動箱的密封性，使其具有良好的降噪效果。因此齒輪設計時盡可能采用閉式結構，同時箱體結合處要安裝減振裝置，同時將減速器安裝在固定的座體或支撐上，采用這些方法都能夠有效降低噪聲。此外，在對減速器噪音要求較高的情況下，可以在箱體表面設置阻尼材料層，如泡沫塑料等來降低減速器噪音的產生。

4 結束語

本文通過研究齒輪傳動噪音產生機理，分析了減速器齒輪傳動過程中噪聲的產生原因，提出了相應的降噪方法。但是隨著人們生活水平的提高，對噪聲控制要求的不斷提升，對減速器降噪的研究需要進一步加深，以便找到更有效的減速器降噪方法。

參考文獻：

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論文摘要隨著液壓伺服控制技術的飛速發展，液壓伺服系統的應用越來越廣泛，隨之液壓伺服控制也出現了一些新的特點，基于此對于液壓伺服系統的工作原理進行研究，并進一步探討液壓傳動的優點和缺點和改造方向，以期能夠對于相關工作人員提供參考。

一、引言

液壓控制技術是以流體力學、液壓傳動和液力傳動為基礎，應用現代控制理論、模糊控制理論，將計算機技術、集成傳感器技術應用到液壓技術和電子技術中，為實現機械工程自動化或生產現代化而發展起來的一門技術，它廣泛的應用于國民經濟的各行各業，在農業、化工、輕紡、交通運輸、機械制造中都有廣泛的應用，尤其在高、新、尖裝備中更為突出。隨著機電一體化的進程不斷加快，技術裝各的工作精度、響應速度和自動化程度的要求不斷提高，對液壓控制技術的要求也越來越高，文章基于此，首先分析了液壓伺服控制系統的工作特點，并進一步探討了液壓傳動的優點和缺點和改造方向。

二、液壓伺服控制系統原理

目前以高壓液體作為驅動源的伺服系統在各行各業應用十分的廣泛，液壓伺服控制具有以下優點：易于實現直線運動的速度位移及力控制，驅動力、力矩和功率大，尺寸小重量輕，加速性能好，響應速度快，控制精度高，穩定性容易保證等。

液壓伺服控制系統的工作特點：(1)在系統的輸出和輸入之間存在反饋連接，從而組成閉環控制系統。反饋介質可以是機械的，電氣的、氣動的、液壓的或它們的組合形式。(2)系統的主反饋是負反饋，即反饋信號與輸入信號相反，兩者相比較得偏差信號控制液壓能源，輸入到液壓元件的能量，使其向減小偏差的方向移動，既以偏差來減小偏差。(3)系統的輸入信號的功率很小，而系統的輸出功率可以達到很大。因此它是一個功率放大裝置，功率放大所需的能量由液壓能源供給，供給能量的控制是根據伺服系統偏差大小自動進行的。

綜上所述，液壓伺服控制系統的工作原理就是流體動力的反饋控制。即利用反饋連接得到偏差信號，再利用偏差信號去控制液壓能源輸入到系統的能量，使系統向著減小偏差的方向變化，從而使系統的實際輸出與希望值相符。

在液壓伺服控制系統中，控制信號的形式有機液伺服系統、電液伺服系統和氣液伺服系統。機液伺服系統中系統的給定、反饋和比較環節采用機械構件，常用機舵面操縱系統、汽車轉向裝置和液壓仿形機床及工程機械。但反饋機構中的摩擦、間隙和慣性會對系統精度產生不利影響。電液伺服系統中誤差信號的檢測、校正和初始放大采用電氣和電子元件或計算機，形成模擬伺服系統、數字伺服系統或數字模擬混合伺服系統。電液伺服系統具有控制精度高、響應速度高、信號處理靈活和應用廣泛等優點，可以組成位置、速度和力等方面的伺服系統。

三、液壓傳動帕優點和缺點

液壓傳動系統的主要優點液壓傳動之所以能得到廣泛的應用，是因為它與機械傳動、電氣傳動相比，具有以下主要優點：

1液壓傳動是由油路連接，借助油管的連接可以方便靈活的布置傳動機構，這是比機械傳動優越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅動，以克服長驅動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，且容易布置。在挖掘機等重型工程機械上已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。

2液壓傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性小。例如相同功率液壓馬達的體積為電動機的12％～13％。液壓泵和液壓馬達單位功率的體積目前是發電機和電動機的1／10，可在大范圍內實現無級調速。借助閥或變量泵、變量馬達可實現無級調速，調速范圍可達1：2000，并可在液壓裝置運行的過程中進行調速。3傳遞運動均勻平穩，負載變化時速度較穩定。因此，金屬切削機床中磨床的傳動現在幾乎都采用液壓傳動。液壓裝置易于實現過載保護，使用安全、可靠，不會因過載而造成主件損壞：各液壓元件能同時自行，因此使用壽命長。液壓傳動容易實現自動化。借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結合使用時，能很容易的實現復雜的自動工作循環，而且可以實現遙控。液壓元件己實現了標準化、系列化、和通用化，便于設計、制造和推廣使用。

液壓傳動系統的主要缺點：1液壓系統的漏油等因素，影響運動的平穩性和正確性，使液壓傳動不能保證嚴格的傳動比：2液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體勃性變化引起運動特性變化，使工作穩定性受到影響，所以不宜在溫度變化很大的環境條件下工作：3為了減少泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件制造和裝配精度要求比較高，加工工藝比較復雜。液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。液壓系統發生的故障不易檢查和排除。

總之，液壓傳動的優點是主要的，隨著設計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。

四、機床數控改造方向

(一)加工精度。精度是機床必須保證的一項性能指標。位置伺服控制系統的位置精度在很大程度上決定了數控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統中開環放大倍數的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環控制系統中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區分出來的，反饋檢測元件的精度對系統的精度常常起著決定性的作用。在設計數控機床、尤其是高精度或太中型數控機床時，必須精心選用檢測元件。所選擇的測量系統的分辨率或脈沖當量，一般要求比加工精度高一個數量級。總之，高精度的控制系統必須有高精度的檢測元件作為保證。

(二)先局部后整體。確定改造步驟時，應把整個電氣設備部分改造先分成若干個子系統進行，如數控系統、測量系統、主軸、進給系統、面板控制與強電部分等，待各系統基本成型后再互聯完成全系統工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯。在每個子系統工作中，應先做技術性較低的、工作量較大的工作，然后做技術性高的、要求精細的工作，做到先易后難、先局部后整體，有條不紊、循序漸進。

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0.前言

目前，世界蘊藏有巨大的稠油資源，據有關專家估計比常規原油資源高數倍至十余倍，具有替代常規石油能源的戰略地位。稠油資源分布廣泛，幾乎所有產油國都有發現。據調研資料，世界上稠油資源豐富的國家有加拿大、委內瑞拉、美國、前蘇聯等，其稠油資源約為4000～6000x108m3（含預測資源量）[1]。中國大部分含油氣盆地稠油多于常規油，有共存和有規律過渡分布的規律，稠油資源非常豐富，約占總石油資源的25%～30%以上。國內老油田大多處于開發后期，排量小，油層較深的稠油、含砂、含氣的難采油井越來越多，并且常規采油工藝投入大、產出低、短期產出與投入比不經濟，制約了各油田后期開采。針對這種情況，可以采用螺桿泵采油技術加以解決。

1.螺桿泵驅動系統設計設計要求

（1）基本參數：諧波齒輪傳動的增速比大于等于20；諧波齒輪傳動的結構外徑小于等于Ф116cm；（2）總體方案分析及設計；（3）諧波齒輪傳動結構方案及結構設計。

由于井下空間狹小，需要所設計的裝置體積較小。油管轉速為6r/min，螺桿泵轉子的轉速為120r/min，在保證增速比大于等于20的條件下，轉速可以調整。油管轉速低可以實現較長的壽命。

在功能方面，要改變原來采用的采油方式。原來的采油系統在工作時動力源的動力通過減速箱首先減速到合適的轉速然后驅動方卡子，再由旋轉的采油桿柱驅動井下采油螺桿泵轉動，從而實現將井下原油通過采油桿住與油管的環形空間舉升到地面。

2.主要功能實現方法

考慮到增速器結構尺寸較小，傳動比大，所以選擇用少齒差行星輪系。少齒差行星輪系具有體積小，傳動比大，重量輕等優點。由此，有三種增速方案：諧波齒輪傳動，少齒差行星齒輪傳動，擺線針輪傳動。

2.1諧波齒輪傳動增速

諧波齒輪傳動是一種依靠彈性變形運動來實現傳動的新型傳動，它突破了機械傳動采用剛性構件機構的模式，使用了一個柔性構件機構來實現機械傳動。構成諧波齒輪傳動的3個主要部件有：波發生器，柔輪，剛輪。諧波齒輪傳動對運動的傳遞是在波發生器作用下，迫使柔輪產生變形，并與剛輪相勻作用而達到傳動目的。 在未裝配前，柔輪的原始剖面呈圓形，柔輪和剛輪的周節相同，但兩者的齒數不相等。柔輪的齒數Z1，比剛輪的齒數Z2略少，而波發生器的最大直徑比柔輪的內徑略大。一般情況下為了有確定的輸出，都會有一個固定件，一個主動和一個從動。具體哪個固定，哪個主動，哪個從動，需要根據需要實現的功能要求來決定。當波發生器裝入柔輪后，受到一對方向通過橢圓的曲率中心和它的旋轉中心的力的作用。當輸出軸上承受載荷后，柔輪產生變形，這是柔輪對波發生器的作用力方向仍通過橢圓的曲率中心，但不通過發生器的旋轉中心，這就形成了使波發生器旋轉的旋轉矩。當輸出軸上載荷繼續增加時，柔輪作用在波發生器上的作用力和這時作用力之間的力臂也隨之增加。則作用在發生器上的旋轉矩也隨之增加。當此旋轉矩超過發生器的阻矩時，就產生了增速現象。

2.2少齒差行星齒輪傳動增速

少齒差行星齒輪傳動按傳動型式可分為NN型和N型。以N型為例。這種型式的傳動，通常均是采用輸出機構把行星輪的回轉運動傳給低速軸。N型傳動，其轉臂有單偏心和雙偏心兩種。雙偏心的轉臂，兩個偏心相差180度，裝在其上的兩個行星輪也相差180度，這樣由偏心而產生的離心力相互抵消（但這兩個離心力大小相等方向相反，且不在同一直線上，所以不平衡力偶仍然存在）。單偏心的轉臂只有一個方向的偏心，其中裝一個行星輪，必須在偏心的相反方向加上平衡重才能使離心力得到平衡。

N型常用的輸出機構有五種類型，即銷孔式、浮動盤式、滑塊式、零齒差式和雙曲柄式。以零齒差輸出機構為例。主要特點是用標準刀具在普通機床上就可加工，不需要專門的工藝裝備。零齒差輸出機構可內齒輪輸出，也可外齒輪輸出。兩對齒輪中只有一對是少齒差，起增速作用，另一對則是作為平行軸間聯軸器的零齒差內嚙合。轉臂是單偏心，必須裝設平衡重。

這種傳動增速的特點是傳動比大，體積較小，重量輕，運轉平穩，齒形容易加工，裝拆方便。合理地設計、制造及，可使其傳動效率達0.85-0.91。實踐證明，少齒差傳動最適合于大傳動比、小功率的場合，在我國已經被用到很多機械或者齒輪裝置上。但少齒差要考慮變位問題。由于內嚙合和內齒輪加工中，相嚙合雙方的位置關系、幾何關系與外嚙合不同，在設計內嚙合變位齒輪傳動時，齒數的搭配和變位系數的選擇要受到各種干涉條件的限制。為避免干涉要進行驗算，設計時要考慮齒輪根切問題。提高了加工難度，且剛度不夠高。

2.3擺線針輪行星傳動增速

擺線針輪主要由4部分組成：

（1）行星架H由輸入軸1和雙偏心套2組成，偏心套上的兩個偏心方向互成180°。（2）行星輪C齒形通常為短幅外擺線的內側等距曲線。按運動要求，一個行星輪就可傳動，但為使輸入軸達到靜平衡和提高承載能力，對于一齒差針擺傳動，常采用兩個完全相同的奇數齒的行星輪，裝在雙偏心套上，兩輪位置正好相差180°。行星輪和偏心套之間裝有用以減少摩擦的滾子軸承（稱為轉臂軸承）。（3）太陽輪 又稱針輪，針齒殼上裝有一組針齒銷，通常針齒銷上還裝有針齒套，稱為針齒。（4）輸出機構這種常采用銷軸式輸出機構。

3.結論

本次設計針對螺桿泵采油系統做了改進，由于原來用抽油桿的采油方式轉速高、磨損快、壽命低，改為直接用油管驅動螺桿泵采油。螺桿泵采油系統按驅動方式可劃分為地面驅動和井下驅動兩大類，本次設計采用了地面驅動方式。油管轉速較低，螺桿泵轉速較高，所以要設計一個增速器。

由于所設計的結構尺寸小，且傳動比大，故可選擇的螺桿泵增速有三種方式，諧波齒輪增速，擺線針輪增速，少齒差行星齒輪增速。這三種增速方式各有優缺點，也都廣泛應用。通過對三種傳動采油方案的對比分析，選擇基于諧波齒輪傳動的螺桿泵驅傳動系統。

【參考文獻】

[1]萬仁薄.采油技術手冊（修訂版）第四分冊[M].北京：石油工業出版社，2003.

[2]孫俊峰.螺桿泵采油技術在錦州油田的改進及優化[D].哈爾濱：東北石油大學碩士論文，2009.

篇（6）

一、引言

液壓控制技術是以流體力學、液壓傳動和液力傳動為基礎，應用現代控制理論、模糊控制理論，將計算機技術、集成傳感器技術應用到液壓技術和電子技術中，為實現機械工程自動化或生產現代化而發展起來的一門技術，它廣泛的應用于國民經濟的各行各業，在農業、化工、輕紡、交通運輸、機械制造中都有廣泛的應用，尤其在高、新、尖裝備中更為突出。隨著機電一體化的進程不斷加快，技術裝各的工作精度、響應速度和自動化程度的要求不斷提高，對液壓控制技術的要求也越來越高，文章基于此，首先分析了液壓伺服控制系統的工作特點，并進一步探討了液壓傳動的優點和缺點和改造方向。

二、液壓伺服控制系統原理

目前以高壓液體作為驅動源的伺服系統在各行各業應用十分的廣泛，液壓伺服控制具有以下優點：易于實現直線運動的速度位移及力控制，驅動力、力矩和功率大，尺寸小重量輕，加速性能好，響應速度快，控制精度高，穩定性容易保證等。

液壓伺服控制系統的工作特點：(1)在系統的輸出和輸入之間存在反饋連接，從而組成閉環控制系統。反饋介質可以是機械的，電氣的、氣動的、液壓的或它們的組合形式。(2)系統的主反饋是負反饋，即反饋信號與輸入信號相反，兩者相比較得偏差信號控制液壓能源，輸入到液壓元件的能量，使其向減小偏差的方向移動，既以偏差來減小偏差。(3)系統的輸入信號的功率很小，而系統的輸出功率可以達到很大。因此它是一個功率放大裝置，功率放大所需的能量由液壓能源供給，供給能量的控制是根據伺服系統偏差大小自動進行的。

綜上所述，液壓伺服控制系統的工作原理就是流體動力的反饋控制。即利用反饋連接得到偏差信號，再利用偏差信號去控制液壓能源輸入到系統的能量，使系統向著減小偏差的方向變化，從而使系統的實際輸出與希望值相符。

在液壓伺服控制系統中，控制信號的形式有機液伺服系統、電液伺服系統和氣液伺服系統。機液伺服系統中系統的給定、反饋和比較環節采用機械構件，常用機舵面操縱系統、汽車轉向裝置和液壓仿形機床及工程機械。但反饋機構中的摩擦、間隙和慣性會對系統精度產生不利影響。電液伺服系統中誤差信號的檢測、校正和初始放大采用電氣和電子元件或計算機，形成模擬伺服系統、數字伺服系統或數字模擬混合伺服系統。電液伺服系統具有控制精度高、響應速度高、信號處理靈活和應用廣泛等優點，可以組成位置、速度和力等方面的伺服系統。

三、液壓傳動帕優點和缺點

液壓傳動系統的主要優點液壓傳動之所以能得到廣泛的應用，是因為它與機械傳動、電氣傳動相比，具有以下主要優點：

1液壓傳動是由油路連接，借助油管的連接可以方便靈活的布置傳動機構，這是比機械傳動優越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅動，以克服長驅動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，且容易布置。在挖掘機等重型工程機械上已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。

2液壓傳動裝置的重量輕、結構緊湊、慣性小。例如相同功率液壓馬達的體積為電動機的12％～13％。液壓泵和液壓馬達單位功率的體積目前是發電機和電動機的1／10，可在大范圍內實現無級調速。借助閥或變量泵、變量馬達可實現無級調速，調速范圍可達1：2000，并可在液壓裝置運行的過程中進行調速。

3傳遞運動均勻平穩，負載變化時速度較穩定。因此，金屬切削機床中磨床的傳動現在幾乎都采用液壓傳動。液壓裝置易于實現過載保護，使用安全、可靠，不會因過載而造成主件損壞：各液壓元件能同時自行，因此使用壽命長。液壓傳動容易實現自動化。借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結合使用時，能很容易的實現復雜的自動工作循環，而且可以實現遙控。液壓元件己實現了標準化、系列化、和通用化，便于設計、制造和推廣使用。

液壓傳動系統的主要缺點：1液壓系統的漏油等因素，影響運動的平穩性和正確性，使液壓傳動不能保證嚴格的傳動比：2液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體勃性變化引起運動特性變化，使工作穩定性受到影響，所以不宜在溫度變化很大的環境條件下工作：3為了減少泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件制造和裝配精度要求比較高，加工工藝比較復雜。液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。液壓系統發生的故障不易檢查和排除。

總之，液壓傳動的優點是主要的，隨著設計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。

四、機床數控改造方向

(一)加工精度。精度是機床必須保證的一項性能指標。位置伺服控制系統的位置精度在很大程度上決定了數控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統中開環放大倍數的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環控制系統中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區分出來的，反饋檢測元件的精度對系統的精度常常起著決定性的作用。在設計數控機床、尤其是高精度或太中型數控機床時，必須精心選用檢測元件。所選擇的測量系統的分辨率或脈沖當量，一般要求比加工精度高一個數量級。總之，高精度的控制系統必須有高精度的檢測元件作為保證。

(二)先局部后整體。確定改造步驟時，應把整個電氣設備部分改造先分成若干個子系統進行，如數控系統、測量系統、主軸、進給系統、面板控制與強電部分等，待各系統基本成型后再互聯完成全系統工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯。在每個子系統工作中，應先做技術性較低的、工作量較大的工作，然后做技術性高的、要求精細的工作，做到先易后難、先局部后整體，有條不紊、循序漸進。

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中圖分類號：TG519文獻標識碼： A

1、引言

數控技術是現代化機械制造的基礎，也是衡量一個國家工業發展的重要指標，數控機床傳動系統主要有主傳動系統和進給系統，但是由于數控傳動系統結構復雜，容易出現故障，給加工制造帶來消極的影響。我國的數控機床技術發展較晚，與國外的先進水平存在一定的差距，加工的精度、可靠性、穩定性等方面存在不足，限制了加工制造的優化升級，本文將針對數控機床傳動系統故障進行分析，為相關的研究提供參考。

2、數控機床傳動系統的分析

2.1主傳動系統

主傳動系統主要有四類：電主軸、帶有變速齒輪的主傳動、經過一級變速的主傳動、電動機與主軸直聯的主傳動。電主軸慣性小，重量輕，結構緊湊，可以提高啟動、停止的響應特性，一般裝備在高速數控機床上，有利于控制噪聲和振動，但制造難度大，維護的成本高，并且主軸容易發生熱變形，影響加工精度。帶有變速齒輪的主傳動，通過少數幾對齒輪降速，分段無級變速，長裝備在大中型數控機床上，具有低速大轉矩的特點。經過一級變速的主傳動，多用同步帶或V帶實現變速，結構簡單，調試方便，但主軸調速范圍受電動機調速范圍的約束。電動機與主軸直聯的主傳動，結構緊湊，其主軸鉆速和轉矩輸出與電動機的一致，使用上受到限制。

2.2進給傳動系統

進給系統由閉環控制，有驅動單元、位置比較、放大元件、檢測裝置和機械傳動裝置等部分，其中的機械傳動裝置是關鍵環節，作為一個機械傳動鏈，有絲杠螺母副、齒輪裝置等中間傳動裝置，進給傳動系統的結構包括聯軸器、減速結構、滾珠絲杠螺母副等。聯軸器起回轉移傳遞扭矩和運動的裝置，有電磁式、液力式和機械式，機械式應用最為廣泛，徑向尺寸小，構造簡單，但兩軸要求嚴格對中，不允許有角度和徑向偏差，使用受到一定限制。減速結構有同步齒形帶和齒輪傳動裝置，同步齒形帶利用帶輪的輪齒和齒形帶的齒形依次齒合傳遞動力和運動，具有齒輪傳動、鏈傳動和帶傳動的優點，并且傳動的精度高、準確，無相對滑動，同步齒形帶重量輕、強度高、厚度小，能用于高速傳動；齒輪傳動裝置可以將高速的轉矩的伺服電機的輸出改變為低速大轉矩的執行件的輸入，如利用雙片齒輪錯齒法可以消除齒輪側隙，與同步齒形帶相比，在數控機床進給傳動鏈系統中采用齒輪減速裝置，能產生低頻振蕩，也常在減速機構中配置阻尼器來改善動態性能。滾珠絲杠螺母副可以提高進給系統的定位精度、靈敏度，防止爬行，行程不太長的直線云頂結構常采用滾珠絲杠副，傳動效率高達85%-98%,摩擦角小于1度。

3、數控機床傳動系統的故障研究

3.1數控機床主傳動系統的故障診斷與維修

數控機床主傳動系統的故障診斷分為故障調查、故障測試與排除。機械加工時，加工量不均勻、斷續切削、運動部件不平衡等振動引起交變力和沖擊力，導致主軸振動，影響加工精度，主軸受熱發生熱變形，降低了傳動效率，破壞零部件之間的運動精度。主軸強力切削時導致傳動帶過松、停轉主軸電動機等問題。主軸工作時由于部件平衡不良，振動過大，產生較大的噪聲。主傳動不良還會導致刀具無法夾緊，使主軸抓刀、夾緊裝置無法到達正確位置；由于松刀液壓缸壓力和行程不足，刀具夾緊后不能松開。變檔壓力過大，軸承和齒輪損壞，齒輪受沖擊產生破損要保持主軸部件具有較高的固有頻率，可以進行循環，清洗主軸箱，更換軸承等可以減少回轉時的阻力，加入油脂可以減少零部件的磨損。對于主軸出現強力切削導致振動和傳動帶過松等問題，可以用酒精和汽油進行擦洗，更換新的主軸傳動帶，調整離合器等加以排除。針對刀具無法夾緊的問題可以更換拉釘、碟形彈簧等加以排除。對于軸承和齒輪損壞，可以通過調整預緊力，并加以排除。

3.2數控機床進給傳動系統的故障診斷與維修

數控機床進給傳動系統的故障分為幾種，過載：進給傳動系統的載荷過大，傳動鏈不良，頻繁正反轉，出現報警信息；超程，進給傳動超過硬限位或軟限位；竄動，接線接觸不良、控制信號不穩定等導致竄動；振動，速度反饋存在故障、速度環增益過高，減速時間設定過小等會加劇振動；爬行，傳動鏈的不良、負載過大、伺服系統的增益過低、聯軸器松動等導致爬行異常；伺服電動機不轉，電磁制動故障、驅動單元故障、冷卻不滿足條件、信號未接通等都會導致伺服電動機異常；漂移，當指令值為零時，坐標軸仍移動造成的位置誤差等。對數控進給系統進行維修時，可以用模塊交換法檢查故障的轉移情況，外接參考電壓法確定伺服電機的故障等。

4、結束語

數控機床時機械加工的重要基礎，研究傳動系統中存在的故障，對于改善數控機床的傳動系統具有重要的作用，相關的研究值得進一步的深入。

參考文獻：

[1] 何純. 數控機床主傳動系統運行節能技術及應用研究[J]. 重慶大學. 2013-05-01.

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一、引言

機械設計制造及其自動化專業作為學校向應用型綜合大學轉變中專業建設的重要組成部分，是培養應用型機械類本科專業人才的主陣地。《機械設計》是該專業重要的專業基礎課，專業教學計劃圍繞《機械設計》教學目標開設了工程實踐實驗課程，如《機械設計課程設計》《16+2職業技能訓練》等，培養學生的綜合設計能力、工程實踐能力、創新實踐能力、團隊協作能力等，要求學生能綜合利用所學知識解決工程實際問題。但是在實踐實驗教學環節，教學效果差，一是因為機械設計實驗教學所開實驗多是認知性實驗和驗證性實驗[1]；二是因為《機械設計課程設計》命題陳舊且單一，缺乏現代設計，無法達到綜合訓練的目標[2]。為此，本文提出基于慧魚工程技術的機械設計綜合創新實驗教學方法，培養學生的綜合設計能力、創新工程實踐能力等。

二、機械設計實驗教學弊端及改進策略

1.機械設計實驗教學弊端。《機械設計》是一門綜合性很強的專業基礎課，以《機械制圖》《理論力學》《材料力學》《機械工程材料》《互換性和測試測量技術》《機械原理》等課程為依托，對機械零件設計準則、摩擦磨損及、螺紋連接、軸轂連接、帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿渦輪傳動、軸系設計、滾動和滑動軸承、機械系統設計以及其他常用零部件設計等知識進行講解[3]。其課程特點是內容多且雜，存在大量經驗公式與圖表，教學內容抽象等，多數學生反映內容零亂，找不到重點。為此，通常在制訂教學計劃開設相應實驗課，輔助學生理解并掌握相關知識，如《機械設計課程設計》《機械設計實驗》。隨著技術的發展，社會對學生的綜合創新設計及工程實踐能力提出更高的要求[4]，但目前《機械設計課程設計》《機械設計實驗》仍然存在一定的弊端，實踐實驗教學效果差，無法滿足社會需求。《機械設計課程設計》是對漸開線圓柱齒輪二級減速器進行設計，該實踐項目存在一些弊端：一是課程設計命題陳舊且單一，是對通用漸開線圓柱二級齒輪減速器進行設計，主要內容為機械方案設計、傳動系統詳細設計、裝配圖繪制及減速器設計說明書，相關設計技術指導書成熟，網絡資源豐富，學生設計時基本是依葫蘆畫瓢，查手冊，套公式，設計過程就是仿造，部分學生存在抄襲、買賣現象，嚴重影響教學秩序和教學質量；二是重視二維裝配圖，輕視二維零件圖、爆炸圖和三維建模及裝配的訓練，不足以滿足機械設計綜合訓練的要求。機械設計實驗方面，主要包括機器組成及典型機械傳動零件感性認識、傳動試驗（齒輪傳動、帶傳動和鏈傳動等）、機械傳動軸系部件設計與分析。由于我校教學計劃安排，無明確的機械設計實驗有關課程，僅在《機械設計》理論教學時，組織學生參觀機械典型零部件多功能語音教學示范箱，加深對《機械設計》各章節的理解。為彌補《機械設計》實踐實驗課程的不足，我校除了積極對《機械設計課程設計》教學內容、教學方式以及考核方式做調整外，還積極探索以16+2實踐周“專業技能訓練”作為實驗實踐教學的補充，但由于不規范存在教學效果差的問題。2.設計實踐實驗教學，對大學生工程實踐能力的培養具有重要的意義[5]。為此，我校對《機械設計課程設計》教學進行創新改革，積極探索機械設計綜合創新實驗教學。Fischertechnik，即“慧魚”，是德國人基于六面體接體發明創造的工程技術智趣拼裝模型，包含各類機械構件（齒輪傳動、絲桿傳動、鏈傳動、皮帶傳動、連桿機構、凸輪機構、減速器等）、電氣元件（電機、電氣開關、氣動零件、各類傳感器、控制器、導線及導線接頭等）和編程軟件等模塊。該模型是《機械設計》的理想教學工具。基于此我校，利用Fischertechnik模型搭建機械創新人才培養平臺，結合教師科研、機械工程專業學科競賽與大學生創新創業訓練計劃項目等，在16+2實踐周“職業技能訓練”時機械設計綜合創新實驗題目，學生自由組隊，綜合利用《機械原理》《材料力學》《理論力學》《機械設計》《機械制圖》等課程知識，合理分工，利用Fischertechnik組合模型，完成相關綜合創新實驗設計任務，力求達到培養綜合設計能力、工程實踐能力、創新實踐能力、團隊協作能力等的教學目標。

三、機械設計綜合創新實驗教學示例

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很多創新成果在取得以后回望，當時的設想都是三個字――“不可能”。然而，機會往往就蘊藏在這諸多“不可能”之中。趙亞平教授深知這一點。多年來，他鎖定新型環面蝸桿傳動、齒輪嚙合理論等方面進行研究與開發，其創新成果應用前景廣闊，深受學界好評。

二包環面蝸桿傳動具備一系列優良特性，但是對各種誤差變形十分敏感，

限制了其推廣應用。平面二包傳動，由于蝸桿邊齒變尖與根切的限制，使其無法應用于蝸桿多頭數或小傳動比的場合。趙亞平據此提出了雙圓環面二包傳動這種新型環面蝸桿傳動裝置，克服了上述不足。他提出的兩點下山割線法（DPDS方法）是研究線共軛曲面嚙合特性的有力數學工具。在研究過程中，他不但注重考察誘導主曲率和滑動角等局部嚙合特性參數，而且注重考查蝸輪齒面共軛區范圍，蝸桿工作長度及瞬時接觸線的分布等全局嚙合特性，從而豐富發展了蝸桿副的嚙合幾何學。目前，雙圓環面二包傳動作為一種新型機械傳動裝置，已經獲得多項專利授權。

業內人士都知道，標準二包傳動，蝸輪齒面中部存在二次接觸區，瞬時接觸線相互交叉，接觸頻率高，容易發生疲勞點蝕，是蝸輪齒面的薄弱環節。可以通過角修形，自然地切去蝸輪齒面的二次接觸區，使原接觸區和新接觸區都和蝸桿螺旋面密切，從而大幅度地提高二包傳動的嚙合質量。趙亞平在此基礎上導出了一般化的角修形條件，指出了角修形的物理意義；數字化地論證了原接觸區和新接觸區都和蝸桿螺旋面密切，但密切的程度有所不同；闡述了角修形切除二次接觸區、同時使得蝸桿工作長度變短的機理。相關結果發表于國際期刊Science China Technological Sciences，審稿意見認為：“論文主要內容是對采用作者提出的角修正的雙圓環面二次包絡環面蝸桿傳動齒面嚙合情況進行分析。為此主要工作是建立傳動數學模型及其嚙合特性方程，并進行實例分析。論文對于該種傳動性能研究具有重要的指導意義。有發表價值。雙圓環面二次包絡環面蝸桿傳動屬尚未充分研究和開發的環面蝸桿傳動，開展相關研究，特別是采用修形技術提高其嚙合性能具有一定的理論意義。具有一定的理論價值。算例丙的蝸桿頭數達到12，遠遠突破一般蝸桿傳動的情況。”相關論文獲得過湖北省、及湖北省機械工程學會的優秀論文獎勵。目前，該研究已獲得角修正雙圓環面二包傳動及其制造方法的發明專利授權。

除此之外，針對標準傳動存在二次接觸區，嚙合性能有待進一步提高和角修形傳動雖然嚙合性能優良，但制造工藝比較復雜的問題，趙亞平提出了高度修形、中心距修形及傳動比修形等一系列制造工藝簡單且修形效果優秀的修形方案，使得環面蝸桿副雙線接觸的機理有了清晰明確的解釋。同時，他還對環面蝸桿傳動特性進行了研究，運用彈流理論和齒輪嚙合理論，導出了任意嚙合點處，卷吸速度、角和彈流膜厚系數的計算公式。擺脫開材料、載荷等因素的影響，以角反映成膜條件，以彈流膜厚系數反映油膜厚度，便于衡量整個接觸區內特性的差異，有利于分析工藝參數對蝸桿副性能的影響。有關結果曾經在CIST2008&ITS-IFToMM2008（北京）學術會議上宣讀，并發表于國際期刊TribologyTransactions。

致力于解決生產實際中的問題

出身工科背景，趙亞平一直希望自己的研究成果能夠得到推廣應用，服務經濟社會發展。為此，他多方探索，并取得了一系列成果。

在生產過程中，由于能夠實現多齒雙線接觸，各類環面蝸桿傳動對各種誤差變形都比較敏感。這是限制環面蝸桿傳動應用推廣的主要問題，也是環面蝸桿傳動的主要不足之處。而解決這個問題辦法之一，是通過失配修形，使得蝸輪副變瞬時線接觸為瞬時的點接觸。當然，這里的所謂點接觸是理論上的。實際上，由于齒面的彈性，受載之后，瞬時接觸點擴展成瞬時接觸橢圓，沿接觸跡線眾瞬時接觸橢圓集成齒面上的接觸區。上述失配修形方法，早已成功應用于錐齒輪傳動和準雙曲面齒輪傳動。但是對于環面蝸桿傳動，相關研究進展比較緩慢，主要是因為，環面蝸桿副的齒面非常復雜，沒有找到有效的方法計算瞬時接觸點。

趙亞平結合自己在相關領域的經驗，提出了兩階段下山割線法（TSDS方法），用于計算失配環面蝸桿傳動的瞬時接觸點。該法無需計算包含偏導數的Jacobi矩陣，對迭代初值的敏感性低，還能克服迭代過程中的奇異性，適宜用來求解復雜的非線性方程組；改進了確定點接觸失配齒輪副瞬時接觸橢圓的局部綜合方法，使得瞬時接觸點鄰域內曲率干涉的判別更為合理；發現以標準蝸桿和Ⅰ型蝸輪相配，組成的失配蝸輪副對各種裝配誤差均不敏感，能夠避免曲率干涉，實現較好的點接觸，而且蝸桿工作部分較長，具備可觀的承載能力；由具體算例計算出蝸輪轉角誤差曲線，表明了它具有近似拋物線形狀，說明所提出的失配方式，具有一定的減輕振動、吸收沖擊的效果。有關結果發表于國際期刊Computer-AidedDesign。

他的研究為失配環面蝸桿副的正確設計奠定了基礎。

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數控機床是集機、電、液、氣、光等為一體的自動化機床，經各部分的執行功能，最后共同完成機械執行機構的移動、轉動、夾緊、松開、變速和換刀等各種動作，實現切削加工任務。工作時，各項功能相互結合，發生故障時也混在一起，故障現象和原因并非簡單一一對應。一種故障現象可能有幾種不同的原因，大部分故障以綜合形式出現，數控機床的爬行與振動就是一個明顯的例子。

數控機床進給伺服系統所驅動的移動部件在低速運行時，出現移動部件開始不能啟動，啟動后又突然作加速運動，而后又停頓，繼而又作加速運動，如此周而復始，這種移動部件忽停忽跳，忽快忽慢的運動現象，稱為爬行；而當其高速運行時，移動部件又出現明顯的振動。這一故障現象就是典型的進給系統的爬行與振動故障。

造成這類故障的原因有多種可能，可能是因為機械部分出現了故障所導致，也可能是進給系統電氣部分出現了問題，還可能是機械部分與電氣部分的綜合故障所造成，甚至可能因編程有誤也會產生爬行故障。

一、分析機械部分原因與對策

因為數控機床低速運行時的爬行現象往往取決于機械傳動部分的特性，高速時的振動又通常與進給傳動鏈中運動副的預緊力有關，由此數控機床的爬行與振動故障可能會在機械部分。

如果在機械部分，首先應該檢查導軌副。因為移動部件所受的摩擦阻力主要是來自導軌副，如果導軌副的動、靜摩擦系數大，且其差值也大，將容易造成爬行。盡管數控機床的導軌副廣泛采用了滾動導軌、靜壓導軌或塑料導軌，如果導軌間隙調整不好，仍會造成爬行或振動。對于靜壓導軌副應著重檢查靜壓是否到位，對于塑料導軌可檢查有否雜質或異物阻礙導軌副運動，對于滾動導軌則應檢查預緊措施是否良好。關注導軌副的也有助于分析爬行問題，導軌副狀態不好，導軌的油不足夠，致使溜板爬行。這時，添加油，且采用具有防爬作用的導軌油是一種非常有效的措施。這種導軌油中有極性添加劑，能在導軌表面形成一層不易破裂的油膜，從而改善導軌的摩擦特性防止爬行。

其次，要檢查進給傳動鏈。因為在進給系統中，伺服驅動裝置到移動部件之間必定要經過由齒輪、絲杠螺母副或其他傳動副所組成的傳動鏈。定位精度下降、反向間隙增大也會使工作臺在進給運動中出現爬行。通過調整軸承、絲杠螺母副和絲杠本身的預緊力，調整松動環節，調整補償環節，都可有效地提高這一傳動鏈的扭轉和拉壓剛度（即提高其傳動剛度），對于提高運動精度，消除爬行非常有益；另外傳動鏈太長，傳動軸直徑偏小，支承座的剛度不夠也是引起爬行的因素。因此，在檢查時也要考慮這些方面是否有缺陷，逐個排查。

二、分析進給伺服系統原因與對策

如果故障原因在進給伺服系統，則需分別檢查伺服系統中各有關環節。數控機床的爬行與振動問題屬于速度問題，與進給速度密切相關，所以也就離不開分析進給伺服系統的速度環，檢查速度調節器故障一是給定信號，二是反饋信號，三是速度調節器自身故障。根據故障特點（如振動周期與進給速度是否成比例變化）檢查電動機或測速發電機表面是否光整；還可檢查系統插補精度是否太差，檢查速度環增益是否太高；與位置控制有關的系統參數設定有無錯誤；伺服單元的短路棒或電位器設定是否正確；增益電位器調整有無偏差以及速度控制單元的線路是否良好，應對這些環節逐項檢查、分類排除。

三、其它因素

有時故障既不是機械部分的原因，又不是進給伺服系統的原因，有可能是其它原因如編程誤差。如FANUC6M系統數控機床在一次切削加工時出現過載爬行。經過仔細核查，發現電動機故障引起過載，更換電動機過載消除，可爬行還是存在。先從機床著手尋找故障原因，結果核實傳動鏈沒問題，又查進給伺服系統確認無故障，隨后對加工程序進行檢查，發現工件曲線的加工，采用細微分段圓弧逼近來實現，而在編程中用了G61指令，也即每加工一段就要進行一次到位停止檢查，從而使機床出現爬行現象，將G61改為G64指令連續切削，爬行消除。

如果故障既有機械部分的原因，又有進給伺服系統的原因，很難分辨出引起這一故障的主要矛盾，這是制約我們迅速查出故障原因的重要因素。面對這種情況，要進行多方面的檢測，運用機械、電氣、液壓等方面的綜合知識，采取綜合分析判斷，排除故障。

數控機床是技術密集和知識密集的設備，故障現象是多樣的，其表現形式也沒有簡單的規律可遵循，這就要求維修的技術人員要有電子技術、計算機技術、電氣自動化技術、檢測技術、機械理論與實踐技術、液壓與氣動等較全面的綜合技術知識，還要求具有綜合分析和解決問題的能力。