传动技术概况

传动技术概况
传动技术是将各种形式的能量进行传递、分配、控制和变化形态的一种技术,其中机械传动技术是其主要的组成部分。传动技术的发展水平是机电产品能否向自动化、高效化、高速化、多样化、轻量化、高精度和高可靠性方向发展的主要因素之一,所以传动技术是装备制造业关键的基础性技术,大力推动传动技术发展意义重大。
机械系统中的传动分为机械传动、流体传动和电传动,机械传动由于其恒功率输出,传递运动的精度高,速度响应快,传递效率高等优点,因而在多数机械系统中仍然是主要的传动形式,难于为其他传动所代替。机械传动的形式也有多种,如各种齿轮传动、带(链)传动、摩擦传动等。各种机构从广义上也属于机械传动,但机构由于自身的特点,在学科分类中已作为一专门的分支。齿轮传动与其他形式的机械传动相比,由于量大面广,在机械传动中占有主导地位。
1机械传动的发展历史
机械传动作为机械的组成部分,其诞生和发展是与机械同步的。没有人准确知道最早的机械
传动装置是从什么时候出现的,但人们知道中国古代的指南车作为早期的机械就装有类似齿轮传动的装置。根据考古学的证据认为,这种指南车应造于公元前1000年左右。
18世纪初发明了蒸汽机,蒸汽机最早被用于矿井排水,随后很快用于铁路机车和加工机械,这大大增加了机械传动的需求。与此同时以水能为动力的纺织机械、冶金机械得以问世,大功率、高质量的木制机械传动和金属齿轮传动得到应用。19世纪末期出现了电动机和内燃机。这些原动机的发展推动了机械传动铁路机车、船舶、制造厂、发电站等的广泛应用,同时对机械传动提出了更高要求,小型化、长寿命、更可靠的机械传动成为人们追求的目标。从这一时期到20世纪初期,先后出现了摆线、渐开线齿形的齿轮传动,主要的传动类型有直齿、斜齿、锥齿轮和蜗杆传动。船舶、电站涡轮机采用的大型高速齿轮传动由于其节线速度很高,要求很高的齿形精度,从而推动了磨齿等高精度加工方法和机床的发展。同时高速所引起的动载荷在齿轮传动的设计中开始受到重视。
等额选举
20世纪棒球小英雄40年代,渐开线和非渐开线齿轮传动的齿形计算方法、齿轮刀具与被加工齿轮、相互啮合的齿轮之间的展成关系及其齿形计算方法、空间三维齿形如蜗杆传动的齿形及啮合计算方法得以问世,齿轮几何学的一般分析方法得以形成。20世纪50年代,基于大量实验
研究,齿轮传动的表面接触强度、轮齿弯曲强度、考虑动载荷的传动设计方法初步形成,并在高速重载的汽轮发动机传动系的设计中发挥了重要作用。为提高承载能力,人们提出了齿轮齿廓和齿向修形设计的方法。同时避免少齿数渐开线齿轮根切的齿高修正设计和加工方法、介于蜗杆和锥齿轮传动之间的一种新型传动锥蜗杆传动诞生并得到应用。进入20世纪60年代,宇航技术的发展对机械传动提出了更高的要求,火箭助推器及导航系统中的传动装置要求体积很小、承载能力很大,同时,为确保宇航员及宇航飞船的安全,对宇航传动装置的可靠性提出了特殊要求,因而传动装置可靠性的研究受到了人们的重视,人们投入了较多的经历对直齿、斜齿和锥齿轮等的表面疲劳强度和可靠性进行研究,取得了显著地进步。与此同时,人们开始认识到传动装置的材料性能与传动的啮合性能对提高传动装置的承载能力和可靠性同样重要,从而开始了传动装置材料性能的研究。进入20世纪70年代,空间啮合理论的研究成为机械传动的研究热点并取得了创造性成果,这些成果被用于弧齿锥齿轮、准双曲面齿轮、环面蜗杆、点接触蜗杆以及圆弧齿轮等新型机械传动装置的开发、大大推动了机械传动的学科发展,促进了科技进步。这一时期中国在空间啮合理论和新型传动的研究方面达到了世界先进水平。与此同时,适用于不同工作条件的齿轮润滑油及其添加剂,如防腐蚀、抗胶合、抗磨损的添加剂被研究成功并得到应用,大幅度
工程预算编制提高了传动装置的使用性能和寿命。进入20世纪山西师大实验中学80年代,空间啮合理论推动新型传动研究继续发展,各种少齿差行星传动、新型伺服传动、新型蜗杆传动相继出现,考虑弹性变形、热变形、制造误差的啮合理论分析研究达到很高水平,局部共轭、失配啮合理论被用于各种啮合传动的分析研究,空间啮合轮齿接触分析方法、轮齿受载条件下的啮合分析方法相继问世,齿间载荷分配及应力分析等被应用于各种齿轮传动。在这一时期,航空、船舶及工业中一些重要设备的啮合传动振动和噪声问题更加受到重视,动力学及传动系统减振降噪研究成为研究的热点,以减振降噪为目的的齿廓和齿向修行设计方法得到深入的研究和广泛的应用。与此同时,人们发现了齿轮传动表面疲劳强度与接触点弹性动压油膜厚度的关系,以及轮齿弯曲强度与齿面疲劳强度和齿面磨损之间的关系。由材料和加工的显微缺陷引起的微裂纹在交变载荷作用下扩张而引起的轮齿断裂机理被揭示出来。航空、船用齿轮和一些工业重要齿轮的材质得到严格的控制,以保证传动的性能。润滑性能好、成本低、重量轻的非金属材料如高强度塑料被用于齿轮传动。
20世纪90年代以来,齿轮传动、带(链)传动的动力学建模及振动噪声研究继续成为研究的热点,研究对象由直齿、斜齿轮向锥齿轮、行星齿轮、同步齿形带及多种形式的链传动拓展。研究方法由齿轮传动副向考虑齿轮副、轴、轴承、箱体在内的变速箱整体耦合的系
仿生统拓展。以振动减噪为目的,人们提出了更为科学的轮齿三维任意可控修形设计的方法。根据轮齿三维可控修形的要求,多自由度数控轮齿加工机床纷纷问世,并用于包括锥齿轮在内的各种复杂修形齿形的加工。基于传动系统动力学研究,人们提出了齿轮传动系统的状态监控,故障诊断与失效预报的方法、开发了相应的诊断系统并应用于冶金、船舶、电厂等大型关键设备传动系统的故障诊断。考虑弹性、误差、热变形的齿轮啮合有限元分析理论与方法得到进一步深入的研究并被用于锥齿轮、蜗杆等三维空间啮合传动。各种新齿形、新传动如少齿差传动、精密伺服传动(如端面谐波传动、RV中国谱网传动、空间凸轮活齿传动等)得到进一步发展和深入研究。功率分流传动如高速重在行星传动、环式减速机等的功率流程设计分析与均载方法得到深入研究并被用于水泥磨、船用大型减速机等。与此同时,包括动力源、传动系和工作机为一体的动力传动系统的整机效率、动态特性、系统性能研究受到人们的重视、传动系统与整机的匹配研究成为一新的研究方向。同时机械传动向机、电、液复合传动发展,传动系统的智能化与自动化成为研究热点,研究成果被广泛用于汽车、工程机械、机器人等领域。此外,成本低、重量轻、动力学和摩擦学性能好的新材料或复合材料如高强度塑料等在各种机械传动尤其是办公机械传动系统中得到广泛应用,传动零件的表面涂层、强化处理、表面修复等技术被用于机械传动中。

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