王向才

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學院，吉林　吉林　132200）

引言

工業(yè)生產(chǎn)中需應(yīng)用各式各樣的機械設(shè)備，這些機械設(shè)備間性能上雖有較大差異，但基本都由原動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)構(gòu)成，任何一項缺失或故障都會對機械設(shè)備功能造成影響。傳動系統(tǒng)在系統(tǒng)中占據(jù)重要位置，所以傳動技術(shù)一直都是機械制造領(lǐng)域最為重要研究課題之一。機械傳動與其他傳動方式相比，傳動效率好、控制精度高、響應(yīng)速度快、適應(yīng)范圍廣，非常具有研究價值。

1　機械傳動技術(shù)的特性

從現(xiàn)代機械系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)來看，主要由原動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)構(gòu)成。原動力系統(tǒng)為機械系統(tǒng)的運動提供基本動力，執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行機械的具體功能，傳動系統(tǒng)負責動力和運動的傳遞[1]。執(zhí)行系統(tǒng)與原動力系統(tǒng)不論運動方式，還是結(jié)構(gòu)形式上，都存在一定差異，所以一些時候會出現(xiàn)原動力系統(tǒng)動力輸出無法滿足執(zhí)行系統(tǒng)工作要求的情況。因此，機械系統(tǒng)運行中需要傳動系統(tǒng)將原動力系統(tǒng)提供的運動和動力進行轉(zhuǎn)換，并將其傳遞給執(zhí)行系統(tǒng)，使執(zhí)行系統(tǒng)正常運作，實現(xiàn)機械系統(tǒng)功能。根據(jù)傳動形式可分為機械傳動、電傳動、流體傳動等[2]。機械傳動與其他傳動形式相比，具有高效、高速、精密等特點，在機械工程中應(yīng)用非常廣泛。機械傳動技術(shù)按動力和運動傳遞方式的不同可分為摩擦傳動和嚙合傳動兩大類。摩擦傳動常見方式，如帶傳動、繩傳動等。嚙合傳動常見方式，如鏈傳動、齒輪傳動、螺旋傳動等[3]。不同傳遞方式適用范圍不同，摩擦傳動能適應(yīng)軸間距較大的傳動需求，但傳動比缺乏準確性，更不能適用于大功率的傳動場合。嚙合傳動與摩擦傳動相比，依靠主動件與從動件結(jié)合或借助中間件嚙合齒輪傳遞動力和運動，傳動比準確，能適用于大功率傳動場合。由于機械設(shè)備運行當中傳動技術(shù)對機械設(shè)備性能、壽命、能耗、噪聲都有較大影響，所以一直都是機械工程領(lǐng)域研究的重點。

2　機械傳動技術(shù)發(fā)展

機械傳動具有一定優(yōu)勢，根據(jù)傳動方式不同分為嚙合傳動與摩擦傳動。機械傳動技術(shù)具有較長歷史，我國古代就有機械傳動雛形，如桔槔、指南車就基于機械原理，指南車便采用的是嚙合傳動方式，應(yīng)用了相當復雜的齒輪傳動系統(tǒng)[4]。在14世紀，西方便已開始出現(xiàn)精細、精密的傳動齒輪，機械傳動技術(shù)得到發(fā)展。18世紀初，蒸汽機進入使用，機械傳動技術(shù)進入高速發(fā)展階段，更高質(zhì)量的金屬傳動齒輪得到應(yīng)用，使得齒輪傳動的傳動比越來越精確，因此開始被應(yīng)用到機械制造領(lǐng)域。鏈傳動也是主要嚙合傳動方式之一，鏈傳動需基于鏈條實現(xiàn)，傳動過程中通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪上，如自行車便基于鏈傳動實現(xiàn)。鏈傳動工作效率高，傳動功率大，不打滑，能適應(yīng)各類惡劣工作環(huán)境。但傳系統(tǒng)的動平衡性較差，實現(xiàn)成本高，傳動件易磨損，且傳動過程噪聲大。摩擦傳動主要依靠繩帶，靠緊繞在槽輪上的繩帶與槽輪間的摩擦力來傳遞運動和動力。這種傳動方式也有較長歷史，西漢時期手搖紡車就是典型繩帶傳動?，F(xiàn)如今的汽車傳動帶、家用電器傳動帶都屬于繩帶傳動[5]。繩帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，實現(xiàn)成本低，不需要潤滑，維護簡易，運轉(zhuǎn)噪聲低。但傳動比相對不準確，應(yīng)用中也存在一定限制。

由于傳動系統(tǒng)決定機械設(shè)備性能，機械設(shè)備本身總是會和傳動技術(shù)聯(lián)系在一起。現(xiàn)如今內(nèi)燃機與電動機對機械傳動技術(shù)要求越來越高，為提升機械設(shè)備性能，滿足機械系統(tǒng)傳動需求，許多新興技術(shù)開始應(yīng)用到機械傳動技術(shù)領(lǐng)域，尤其嚙合傳動20世紀應(yīng)用到航空領(lǐng)域后，相關(guān)的動力研究更加深入。宇航機械裝置對傳動可靠性、準確性都有較高要求，嚙合傳動也因此成為機械傳動研究熱點。自此傳動設(shè)計更加精細，零件和材料不斷更新，體積越來越小，質(zhì)量越來越輕，并開始融入各類高新技術(shù)手段。例如：行星系列齒輪箱就是近些年較為常用宇航高精傳動設(shè)備，該設(shè)備高速軸轉(zhuǎn)速可達到73 000 r/min，采用自動高速齒式聯(lián)軸器和滑動軸承，無需高速軸承支撐，效率大于98.5%。當前機械傳動技術(shù)仍在不斷研究與發(fā)展當中，并開始出現(xiàn)太陽輪、齒圈整體浮動均載技術(shù)、齒式聯(lián)軸器技術(shù)、多軸疲勞分析技術(shù)、高重合度齒輪優(yōu)化技術(shù)等眾多技術(shù)手段。顯然現(xiàn)如今機械傳動技術(shù)的技術(shù)含量越來越高，正在朝著高度集成化、自動化、智能化、綠化化方向發(fā)展。

3　對機械傳動技術(shù)的展望

3.1　智能化與信息化程度的提升

信息技術(shù)、智能技術(shù)融入機械傳動領(lǐng)域已成為必然趨勢，未來機械傳動必然要呈現(xiàn)出信息化、智能化的特征。當前很多傳動設(shè)備都在嘗試與信息技術(shù)融合，以此實現(xiàn)智能控制與調(diào)節(jié)[6]。例如，汽車自動變速就是信息技術(shù)與機械傳動技術(shù)的融合，通過計算機對機械傳動功率和速比進行實時控制。另外，近些年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也開始應(yīng)用到機械傳動領(lǐng)域[7]?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的機械傳動系統(tǒng)，能實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的非接觸識別與控制，控制準確性和可靠性更高，安全性更好?；谖锫?lián)網(wǎng)的機械傳動設(shè)備應(yīng)用傳感設(shè)備和感應(yīng)終端，進行非接觸信息采集和信號識別，以網(wǎng)絡(luò)作為控制指令和運行數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇?，通過計算機系統(tǒng)完成高精度控制。系統(tǒng)故障時，傳統(tǒng)故障檢測先找故障點，分析故障原因，再進行故障維修。而這種傳動設(shè)備控制方式，故障率低，發(fā)生故障后系統(tǒng)會自動檢測故障原因，并將故障信息反饋給系統(tǒng)。維修人員根據(jù)故障信息便能展開有效維修，維修時間被縮短。

3.2　綠色化的發(fā)展

當前環(huán)境污染、能源危機等一系列問題越來越突出，機械傳動技術(shù)未來發(fā)展必然要走綠色化發(fā)展路線，要更加節(jié)能、環(huán)保。目前在部分機械傳動系統(tǒng)設(shè)計中，由于缺乏對環(huán)保、節(jié)能的考慮，不僅能耗大，噪聲明顯，且使用的潤滑劑對環(huán)境有一定污染性，這些潤滑劑在使用過程中會因油箱呼吸作用揮發(fā)到空氣中，殘留液體污染物也會污染水資源。因此，未來機械傳動要更加節(jié)能、環(huán)保才能持續(xù)發(fā)展，要盡可能使用無污染潤滑劑，充分考慮原動力系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。具體設(shè)計中，要根據(jù)機械系統(tǒng)功率和速度，對傳動系統(tǒng)進行合理設(shè)計，使系統(tǒng)各部分實現(xiàn)最佳匹配效果，從而降低機械運作污染物排放量。例如，汽車工業(yè)領(lǐng)域，傳動系統(tǒng)設(shè)計就應(yīng)結(jié)合變速器動力結(jié)構(gòu)進行科學設(shè)計，從而實現(xiàn)汽車發(fā)動機的有效調(diào)節(jié)與控制，降低汽車能耗，實現(xiàn)減排目的。目前在這方面做的比較好的，如ABB傳動系統(tǒng)，不僅運行效率非常高，且能耗小，眾多工業(yè)自動化設(shè)備都應(yīng)用了ABB傳動系統(tǒng)。

3.3　材料技術(shù)水平的提升

未來機械傳動系統(tǒng)不論科學技術(shù)水平，還是應(yīng)用的材料科學技術(shù)水平都會有所提升。近些年，隨著高新技術(shù)的快速發(fā)展，各種新型材料被研發(fā)，部分材料也被應(yīng)用到了機械傳動領(lǐng)域。這些新型材料的應(yīng)用必然能促進機械傳動技術(shù)的發(fā)展，使之突破以往機械傳動技術(shù)障礙。如：梯度材料、高分子聚合物、智能材料，目前已開始在機械傳動領(lǐng)域進行實踐，并取得優(yōu)異成績，已被證明能對機械傳動系統(tǒng)性能產(chǎn)生了影響。梯度材料適合用于制作機械傳動零件，由于梯度材料由表至里呈梯度變，且變化很有規(guī)律，材料韌性與強度都非常好，梯度材料機械傳動零件使用壽命長，成本更低，是目前新型機械傳動系統(tǒng)首選新型材料之一。另外，高分子聚合物具有耐磨、耐熱、耐腐等特點，同樣非常適合制作機械傳動零件，尤其是無需任何潤滑介質(zhì)的機械傳動系統(tǒng)中值得應(yīng)用，市面上已出現(xiàn)應(yīng)用高分子聚合物的齒輪嚙合傳動制品。智能材料屬于新興材料，在機械傳動系統(tǒng)中應(yīng)用智能材料，能實現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)智能控制，對推進機械傳動系統(tǒng)自動化、智能化發(fā)展有很大幫助。如：敏感材料、基體材料、驅(qū)動材料都非常適合應(yīng)用于精密度要求高的機械傳動系統(tǒng)設(shè)計。

4　結(jié)語

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)已離不開對機械設(shè)備的應(yīng)用，機械設(shè)備已成為生產(chǎn)的主要工具，而機械設(shè)備功能的實現(xiàn)需要得到傳動系統(tǒng)的支持。通過正文分析可知，機械傳統(tǒng)技術(shù)具有較長的研究歷史、較強的應(yīng)用潛力，隨著高新技術(shù)在機械傳動領(lǐng)域的應(yīng)用，未來機械傳動將逐步走向智能化、自動化控制，節(jié)能與環(huán)保效果也會更好。

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[2]李國強，雷福斗.工程機械傳動系節(jié)能技術(shù)的研究與應(yīng)用——山推傾力打造傳動系統(tǒng)節(jié)能全面解決方案[J].液壓氣動與密封，2016，34（7）：70-72；76.

[3]邵忍平，黃欣娜，胡軍輝.基于DCT和FFT譜熵分析的機械傳動系統(tǒng)狀態(tài)檢測與趨勢預測[J].中國機械工程，2015，19（4）：95-99.

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[5]孫志禮，陳良玉，何恩山，等.機械傳動系統(tǒng)可靠性設(shè)計模型(Ⅱ)—考慮強度相關(guān)性的設(shè)計[J].東北大學學報，2015（6）：552-555.

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