導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇機械傳動論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

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二、鏈傳動設計部分幾個重點內容的教學方法

鏈傳動的教學內容雖然很多，但關鍵是要抓住最為關鍵的幾部分，其他部分難度不大，可望迎刃而解。鏈傳動這部分的教學難點和重點包括：鏈傳動的運動特性、鏈傳動的受力及失效形式、鏈傳動的結構與參數選擇。為了提高上述幾個難點部分的教學效果，筆者采用了以下的教學方法。

（一）結合示意圖和公式推導深入分析鏈傳動的運動特性講解過程中先結合鏈傳動的動畫，讓學生看清楚，鏈傳動是如何工作的。在此基礎上，結合圖2進行講解。從圖2可以看出，當鏈繞在鏈輪上時，這一段鏈條將曲折成正多邊形的一部分。因此鏈傳動的運動情況和繞在多邊形輪子上的帶傳動很相似，邊長相當于鏈節距p，邊數相當于鏈輪齒數z。輪子每轉一周，帶子轉過的長度應為np，當兩鏈輪轉速分別為n2和n3時，存在關系式。

（二）結合公式推導講解鏈傳動的受力及失效形式講解鏈傳動的受力分析時，應結合皮帶傳動的受力分析講解。首先要說明鏈傳動與皮帶傳動的不同在于，鏈傳動是一種嚙合傳動，它不是靠摩擦力實現動力傳遞的。因此，它的工作拉力可以直接應用功率P（kW）和鏈速ν（m／s）進行計算。計算公式為。和皮帶傳動一樣，鏈傳動也存在離心拉力，計算方法與皮帶傳動的離心拉力完全一樣，離心拉力Fc的大小取決于每米鏈長的質量q和鏈速ν，可以用下面的方程進行計算。和皮帶傳動不同的是，鏈傳動由于不需要很大的張緊力，所以松邊一般會有比較大的垂度，加之鏈的質量較大，會產生垂度拉力Ff。這一定要結合圖3進行講解。可以看出，這個力學模型是一個高度簡化的處理方法，將鉸接的鏈節看作一個剛體，從中間對稱斷開，而將鏈與鏈輪嚙合處看作是自由鉸接點，采用力矩平衡的方法建立力學平衡關系，并推導出垂度拉力的計算公式。該力學平衡關系。

（三）深入分析鏈傳動的參數選擇及確定方法這部分的講解要結合鏈傳動的設計步驟進行。一般來說，設計滾子鏈時的原始數據為：傳動的功率、小鏈輪和大鏈輪的轉速（或傳動比）、原動機種類、載荷性質及傳動用途等。設計步驟可以歸納為：選擇鏈輪齒數z1、z2，確定傳動比i，確定鏈傳動的型號，確定鏈節距，確定中心距和鏈長，鏈速和鏈輪的極限轉速，計算鏈傳動作用在軸上的力FQ等7個環節。這些環節說到底就是確定有關參數。在講解選擇大小鏈輪齒數時，關鍵是小鏈輪齒數的選擇，大鏈輪齒數根據傳動比自然就同時產生了。要說清楚小鏈輪齒數對鏈傳動的平穩性和使用壽命有較大的影響，鏈輪齒數不宜過多或過少。過少時：1．增加傳動的不均勻性和動載荷；2．增加鏈節間的相對轉角，從而增大功率消耗；3．增加鉸鏈承壓面間的壓強（因齒數少時，鏈輪直徑小，鏈的工作拉力將增加），從而加速鉸鏈磨損等；4．增加鏈傳動的圓周力，從而加速了鏈條和鏈輪的損壞。可以看出，若Δp不變（磨損量一定），則鏈輪齒數愈多，分度圓直徑的增量Δd就愈大，所以鏈節愈向外移，鏈從鏈輪上脫落下來的可能性也就愈大，鏈的使用期限也就愈短。因此，鏈輪最多齒數限制。在講解傳動比的確定方法時，說明鏈傳動的傳動比一般i≤8，推薦i＝2～3．5，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允許到10（個別情況可到15）。要說清楚傳動比過大和過小會產生什么樣的問題。比如傳動比過大，則鏈包在小鏈輪上的包角過小，嚙合的齒數太少，這將加速輪齒的磨損，容易出現跳齒，破壞正常嚙合，但傳動比過小則會使得傳動的變速效果降低。設計時如何最終確定合適的傳動比，一定要綜合考慮。鏈傳動的型號確定很簡單，就是根據額定功率和小鏈輪的轉速－功率曲線即可確定。但在確定過程中，教師一定要告訴學生，確定的型號并不是唯一的，可以根據自己面對的實際設計要求進行一定的調整。比如說，如果動載荷不是一個關鍵的問題，希望鏈傳動的鏈條數少一些，可以選擇上一級大型號的鏈傳動；如果希望鏈的動載荷小一些，可以選擇低一級的鏈傳動型號。當然，這時可能需要采用多排鏈傳動。從而讓學生掌握如何靈活地在應用中選擇鏈傳動型號。鏈節距是鏈傳動十分重要的參數。在講解過程中，教師要告訴學生，鏈節距越大，鏈和鏈輪齒各部分尺寸也愈大，鏈的拉曳能力也越大，但傳動的速度不均勻性、動載荷、噪聲等都將增加，并講清楚為什么會有上述因果關系。要告訴學生，在設計時，在承載能力足夠條件下，應選取較小節距的單排鏈，高速重載時，可選用小節距的多排鏈。一般，載荷大、中心距小、傳動比大時，選小節距多排鏈；速度不太高、中心距大、傳動比小時選大節距單排鏈。中心距的選擇同樣也是一個權衡的過程，因為當鏈速不變，中心距小、鏈節數少的傳動，在單位時間內同一鏈節的屈伸次數勢必增多，因此會加速鏈的磨損。中心距大、鏈較長，則彈性較好，抗震能力較高，又因磨損較慢，所以鏈的使用壽命較長。但中心距如果太大，又會發生松邊上下顫動的現象，使傳動運行不平穩。因此，實際設計時，推薦的最適宜的中心距a＝（30～50）p。但要告訴學生，這樣的確定方法只是一種近似的方法，關鍵是實際工作中要不斷摸索。比如可以采用類比法、實驗法等以經驗為驅動的方法，通過實踐逐漸掌握最佳的中心距確定方法。鏈速的確定要結合前面關于鏈傳動的動載荷現象進行講解，因為鏈速的提高受到動載荷的限制，所以一般最好不超過12m／s。如果鏈和鏈輪的制造質量很高，鏈節距較小，鏈輪齒數較多，安裝精度很高，以及采用合金鋼制造的鏈，則鏈速也允許超過20m／s～30m／s。每一種型號的鏈都存在一個最佳轉速和極限轉速，可以通過有關手冊查到，告訴學生盡可能在最佳速度下設計，但不是絕對的。鏈輪軸上的受力FQ計算只要應用公式就可以算出來。但要告訴學生，為了減少鏈傳動過程中鏈輪軸上的力，應該盡量減少鏈的松邊垂度，并介紹減少垂度的有關方法。在上述有關設計步驟和參數確定方法講完后，教師要結合一個鏈傳動的設計例題進行強化，讓學生真正掌握設計過程及每一步應該解決的問題。

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在煤礦產業中，傳動齒輪應用非常廣泛，是煤礦機械的一個重要組成部分，但是煤礦的運輸重量一般都很大，在施工過程中，很容易導致超重現象，長時間高強度的工作就會導致傳動齒輪出現問題，導致機器癱瘓，影響煤礦的施工作業，降低生產效率，甚至造成安全隱患。

1 傳動齒輪的工作環境及工作特點

煤礦的生產作業一般都是在礦井中進行的，傳動齒輪的工作環境大多都是在地下進行生產作業，井下的環境比較復雜惡劣，所以傳動齒輪要適應井下復雜的結構情況，因此相對而言傳動結構也復雜一點。由于煤礦是重型產業，要求傳動齒輪具有比較高的承載能力和性能，礦井一般空間不是很大，所以傳動齒輪還要滿足體積小，抗沖擊能力強等特點，傳動要求高效率，盡量減少過程中能量的損失。

2 傳動齒輪失效的表現形式

2.1 傳動齒輪磨損失效

磨損的程度分為很多種，一般分為：正常的磨損、中度磨損、破壞性磨損、磨料性磨損以及腐蝕性磨損等。一般性的磨損不會對齒輪的傳動造成重大的影響，比如正常的磨損，這是齒輪傳動過程中必然存在的，在齒輪的使用壽命中，不會造成齒輪失效，這個磨損是經過時間慢慢磨損的，不影響齒輪的正常轉動；對于中度磨損，這個要比正常的磨損速度快一點，在齒輪傳動工作的過程中，可能會發出噪音，由于磨損的程度比較大，損失機械能，會降低齒輪工作的效率；破壞性磨損，這個磨損的程度就很大了，齒輪表面會形成嚴重的損傷，嚴重影響傳動齒輪工作的效率，破壞了齒輪的結構，大大縮短齒輪的使用壽命；磨料性磨損是指在齒輪中間進入了一些顆粒，增大了齒輪間的摩擦系數，摩擦力增大，加速了齒輪的磨損，可能會出現齒輪停止轉動的現象；腐蝕性磨損就是在齒輪轉動的過程中與周圍的化學物質發生的反應，發生了齒輪表面的腐蝕，嚴重影響齒輪的工作效率。

2.2 傳動齒輪疲勞失效

在加工過程中，齒輪的表面肯定存在初始裂紋，加之傳動齒輪工作的過程中應力的反復作用下，造成材料的疲勞，當作用的應力超出了材料的疲勞極限時，裂紋就會延伸擴張，加速齒輪的損壞，出現齒輪失效。

2.3 傳動齒輪膠合失效

齒輪的轉動需要油的幫助，在強重力作用下，齒輪間的油不能及時的補充，造成兩個齒輪接觸面的油膜擠破，兩個金屬齒輪直接接觸在一起，在高速運轉的情況下，溫度上升，可能造成齒輪的膠合，出現失效。

2.4 傳動齒輪斷裂失效

齒輪的斷裂意味著徹底不能工作，斷裂分為疲勞斷裂，高負荷斷裂以及淬性斷裂等。疲勞斷裂就是齒輪在彎曲應力的反復作用下，出現裂痕，當應力超出了齒輪的疲勞極限時，裂痕繼續擴張，導致斷裂；高負荷斷裂是指在高強度的作業狀態下，負荷已經超出了齒輪的額定負荷導致的破壞性斷裂，或者由于腐蝕使得齒輪部分點出現點蝕，導致斷裂等；淬性斷裂是指傳動齒輪經過熱處理時產生了過大的內應力，產生裂紋，外界的壓應力與彎曲應力的作用下，產生疲勞，當超過它的疲勞極限時就會促使裂紋延伸，導致淬性斷裂，這種斷裂的特點就是初始斷裂的部位顏色會有點深，這是氧化的結果。

3 傳動齒輪出現失效的具體原因

設計階段：由于齒輪工作環境的特殊性，決定了煤礦機械齒輪設計的特殊性，在設計階段，可能忽視了傳動齒輪在礦井工作的特殊性，按照傳統的設計來設計煤礦機械傳動齒輪，造成傳動齒輪不能滿足礦井下高強度，環境復雜的要求，達不到韌度、抗沖擊和耐疲勞的要求，這是導致傳動齒輪失效的自身原因之一。

齒輪的制造加工階段：即使齒輪的設計沒有問題，若在制造加工方面不合格，齒輪一樣會失效，如果質量把控不嚴格，鍛造時化學成分超標或者化學成分有殘留，降低了齒輪的性能，不能滿足工作的需要。例如：在加工過程中C的含量超標，就會增加齒輪的脆性，容易發生斷裂，造成失效。

齒輪的安裝使用階段：不正確的安裝方式同樣會導致傳動齒輪的失效，安裝的位置出現偏差，影響整個傳動齒輪的安全，同時，傳動齒輪的工作需要油的不斷補充，一旦缺少油就會增大摩擦力，降低齒輪工作的效率，增加磨損，導致傳動齒輪的失效。

4 避免傳動齒輪失效的有效措施

根據上述傳動齒輪出現時效的形式和失效的原因，制定防止傳動齒輪失效的有效措施，避免失效問題的出現。

4.1 齒輪設計階段控制

設計階段要充分的對煤礦齒輪的工作環境進行研究考察，只有充分了解齒輪的工作環境和工作性能的需要，才能對齒輪提出合理化的設計。根據煤礦齒輪工作的特殊性，優化齒輪的設計方案，滿足齒輪抗沖擊力、耐疲勞性以及承載力的要求，進行精確的計算，在符合國家標準的前提下，選擇適合煤礦特殊工作的材料，尤其是鋼材的選用尤為重要，這直接影響著齒輪的強度，最好經過研究確定選材，確定油等，以免后期工作出現漏洞。

4.2 齒輪工藝制造階段控制

選材好工藝也好才能保證傳動齒輪的質量，要嚴格控制齒輪制造過程中的質量，改善制造工藝，提高工藝質量。傳動齒輪的表面不能過于光滑，研究表明，表面略微粗糙的齒輪要比表面光滑的齒輪使用壽命更長，這個粗糙度應該根據實驗來確定，合理的控制粗糙度，將齒輪的性能提升到最佳狀態。

4.3 齒輪安裝階段控制

齒輪的安裝看起來很簡單，其實有比較高的要求，對于傳動齒輪的平衡度、垂直度都是有要求的，而且這個標準還很嚴格，稍微有一點偏差就會影響整體的性能，所以，在安裝階段應該有專業人士來進行指導，運用專業的工具輔助安裝，最大限度的減少齒輪間的摩擦，降低損耗，提高工作效率，延長使用壽命。

4.4 齒輪使用及維護階段控制

在傳動齒輪的使用過程中，應盡量不要超過傳動齒輪的額定負荷量，油也要及時補充，保證傳動齒輪是在油的輔助下工作，此外，油不能摻入雜質，保持純凈，雜質進入齒輪間會增大摩擦系數，影響齒輪的正常工作。設備的使用過程中應該定期維護保養，并檢查傳動齒輪，及時發現問題并處理問題，對于可能發生的問題做到及早預防，防患于未然，防止出現傳動齒輪的失效問題。

5 結束語

煤礦產業是我國比較重要的一部分，煤礦的產量決定于煤礦機械的工作效率，影響著經濟的發展，傳動齒輪在煤礦機械中發揮著重要的作用，保證傳動齒輪的正常工作是保證煤礦機械正常工作的重要前提，傳動齒輪失效是齒輪常見的問題，我們必須對其進行研究，找到避免失效的有效措施，每個階段嚴格把關，將失效概率降到最低，提高生產效率。

參考文獻

[1]張玉玉.分析煤礦機械傳動齒輪失效形式[J].黑龍江科技信息，

2015，23：80.

[2]劉穎.煤礦機械傳動齒輪失效形式分析及改進措施[J].煤炭技術，2013，1：38-39.

[3]蔚海文.煤礦機械傳動齒輪失效形式及對措[J].山西焦煤科技，2011，

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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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中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2017.05.067

“機械設計基礎”是機械專業學生的主要技術基礎課程之一，是培養學生分析、解決工程實際問題和創新能力的主干課程，是連接基礎理論知識和實踐的橋梁。機械基礎實驗教學不僅是培養學生理論與實踐相結合、解決分析問題的能力，同時它也是啟迪學生創新思維、開拓學生創新潛能的重要手段。因其自身的基礎性和平臺作用，可以方便地指導學生進行發散思維訓練和創新設計工作。而機械設計基礎實驗教學正是培養學生創新能力的一個重要環節。

1實驗教學的重要作用

實驗教學是使學生在特定的環境下通過學生的主觀努力完成的教學過程，它在培養學生綜合能力方面具有特定的優勢，它的直觀性、實踐性、綜合性是理論教學不可替代的。學生通過實踐教學培養出來的綜合能力包括動手能力、觀察分析能力和勇于探索的創新精神。在實驗的過程中，學生不僅可以學會選擇、正確使用各種儀器，而且可以驗證所學的基本理論，培養實事求是的科學態度。同時，實驗教學是學生鞏固理論知識、掌握實驗技能、培養創新思維的重要環節，從某種意義上講，對啟發學生的想象思維和創新意識起著點石成金的作用。

機械設計基礎課程是學生進行機械綜合設計的基礎課程，同時也是工程意識訓練的主要課程。機械設計基礎實驗教學是一個必不可少的實踐環節，它對實現理論課程教學目標起著特別關鍵的作用。

加強實踐教學環節是高等工科院校課程教學改革的一個特別重要的方向。改革以往高校課程教學中重視理論知識，輕視實踐環節、忽略實際應用的狀況；完成全新的實驗教學體系的構建；滿足社會對創新型人材培養的要求。為此目的，我們緊緊圍繞機械設計基礎課程教學內容與體系，對機械設計基礎實驗教學的方法進行了改革探索，完善了實驗教學體系、改革了實驗教學手段和方法。

2重視基礎性實驗，培養學生的基本技能

基礎性實驗大多屬于演示性和驗證性實驗，如機械認知實驗、齒輪范成實驗、帶傳動實驗等，但這些實驗對促進學生理解課程內容基本原理，掌握基本技能，消化吸收基本概念，鞏固基礎知識，培養科學思維的能力和嚴謹的工作作風起著直接的作用，是由感性認識進一步發展成理性認識的過程。因此，如何最大限度發揮基礎性實驗在教學中的作用，是廣大教師應該深思的問題。我院結合機械原理及機械設計實驗室目前的具體情況，在實驗教學方法、實驗要求和方式上的進行完善和改造，使其發揮更好的作用。

如在機械認知實驗中，我們針對機械原理部分、機械設計部分分別配備了實驗演示柜、實物展示柜和機械系統展示廳，組成了機械認知的實驗教學體系，并有機地與工程訓練中心、機電一體化實驗室等相關專業實驗室相結合，充分做到可看、可記、可操作。在整個機械認知實驗中，教師除了做認真的講解外，允許學生隨時提問，鼓勵學生動手操作，引導學生開展討論，充分調動學生學習的積極性，激發學生對機械認知的興趣，培養學生掌握實驗操作技能，這樣的教學模式深受學生歡迎。

又如在機構運動簡圖測L實驗中，實驗室提供大量的機構模型，讓學生親手測量機構尺寸，并按一定的比例關系繪制出合理的運動簡圖，增強學生對理論教學內容的理解，然后再對一臺真實的內燃機進行實際機構的測繪，實驗的難度逐步加大，鍛煉學生實際動手能力、發現問題、解決實際問題的能力。這些實驗為實驗教學有力開展打下了堅實的基礎，為實驗教學順利有序的進行提供了基本保障。

3更新實驗教學內容，培養學生的綜合能力

提高實驗教學質量，培養學生的綜合能力，必須對實驗教學內容、手段、方法進行更新，改變實驗教學環境，提高實驗教師水平。為了培養學生的綜合能力，必須改善現有的教學條件，為此，我們購置一些新的實驗設備，編寫實驗大綱、實驗指導書，開展應用性較強的設計性、綜合性實驗研究。

在JCY機械傳動性能綜合性實驗臺上開設機械傳動性能綜合性實驗。該實驗可對齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動、蝸桿傳動等機械傳動或上述組合的傳動系統進行綜合性能測試。實驗突出了設計性、綜合性的特點。通過該項實驗學生掌握合理布置機械傳動的基本要求，機械傳動方案設計的一般方法，并利用機械傳動綜合實驗臺對機械傳動系統組成方案的性能進行測試，分析組成方案的特點，設計滿足條件的機械傳動系統，完成傳動系統運動參數和組成方案設計。掌握機械傳動系統性能測試的基本原理和方法，測試常用機械傳動裝置在傳遞運動與動力過程中速度曲線、傳動比曲線、效率曲線等各種參數曲線。按照組成方案搭接機械傳動性能測試系統并進行測試，完成組成方案的機械性能分析，樹立用實驗手段來分析機械設計方案的思想，加深對常見機械傳動性能的認識和理解，培養了學生的綜合能力。

在3DMC實驗臺開展機構組合與創新實驗。學生通過機械原理、機械設計學習中所萌發的創造性思維可以從本實驗臺上得以實現。該實驗臺可拼裝連桿機構、齒輪機構、凸輪機構、間歇運動機構、帶傳動、鏈傳動、蝸輪蝸桿傳動以及由它們組合成的性能各異、平面的、空間的機械傳動系統，培養了學生機械傳動方案的設計能力。實驗臺可以測試原動件和執行構件以及中間任意構件的位移、速度、加速度等參數，學生將測試的參數與設計結果及理論分析結果進行比較，增強了學生的創新意識和實際動手能力。

軸系結構設計與分析實驗。軸系結構是機械系統的重要組成部分，涵蓋了軸承、聯軸器、鍵聯接及螺紋聯接，轉子動力學等內容。通過該項實驗，學生們掌握了軸及軸上零件的結構、功用、工藝要求和裝配關系；熟悉軸的結構設計和軸承部件組合設計的基本要求，掌握軸及軸上零件的定位與固定方法；通過軸系部件的組裝與測繪，學會對現有機械部件進行結構分析，培養結構設計能力。

4引入創新性實驗，培養學生的創新意識

創新性實驗是指通過實驗獲得的新的發現與發明，獲得新的技術和方法，具有一定社會價值的原創性實驗，這類實驗應在分析、綜合性實驗基礎上，探索奧秘，獲取新數據、新理論和新方法。創新是人類文明進步的原動力，是國民經濟發展的基礎。實驗教學是培養學生實踐能力及創新能力的重要方法之一。

在JPCC-II平面機構創新組合及運動參數分析實驗臺開設平面機構創新組合測試分析實驗。該實驗是為本科生和研究生而設計的有關平面機構創新設計的綜合性、設計性、研究創新性實驗。可進行基本平面機構的設計、拼裝（本實驗臺提供13種以上傳動方案）及進行運動、動力學分析，培養學生創新意識和工程實踐能力。

在JDT-A/I機構系統動力學調速實驗臺開設機構系統動力學調速實驗。該實驗可對機構原動件及執行構件的動態參數進行測試和仿真，利用計算機軟件，角位移動傳感器，數據采集卡，觀察機構的周期性速度波動現象和繪制測試和仿真曲線；利用飛輪的質量變化，觀察分析速度波動變化情況；學生利用計算機程序進行設計，獨立自主完成實驗。

開設計算機凸輪機構仿真設計測試綜合實驗。該實驗通過計算機軟件對機構的動態參數進行測試，計算機軟件對機構的運轉進行動態仿真，凸輪可更換，配備8個不同運動規律的平面凸輪和一種圓柱凸輪，還配備凸輪制圖軟件，可自行在線切割機上加工任意規律的凸輪實驗。計算機軟件具有多媒體教學功能，學生可自主地進行實驗，培養學生的獨立工作能力。

5開放實驗室，發揮學生的創新能力

針對學生在機械設計方面具備的基礎知識、實驗技能、感性認識，榕嘌提高學生的創新能力，我們開放機械創新實驗室，為學生提供工程實驗、工程設計平臺。讓學生走進實驗室，組建創新團隊，發揮學生主體作用，激發學生學習的積極性，把理論與實踐結合起來，提高學生的創造性綜合素質，培養學生團結合作精神。

學生創新團隊從課題選題、資料收集、申請立項、實驗方案設計、數據分析到報告編寫、結題答辯，充分發揮團隊每個學生的特長，運用所學的知識，分工合作，開展課題研究，將理論與實踐相結合。同學們克服了眼高手低、只說不做的通病，團結合作精神得到加強，創新意識、創新思維得到拓展，實際動手能力、工程設計能力得到了全面鍛煉。

篇5

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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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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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。

2、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。

3、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。

(三)提高可靠性。數控機床是一種高精度、高效率的自動化設備，如果發生故障其損失就更大，所以提高數控機床的可靠性就顯得尤為重要。可靠度是評價可靠性的主要定量指標之一，其定義為：產品在規定條件下和規定時間內，完成規定功能的概率。對數控機床來說，它的規定條件是指其環境條件、工作條件及工作方式等，例如溫度、濕度、振動、電源、干擾強度和操作規程等。這里的功能主要指數控機床的使用功能，例如數控機床的各種機能，伺服性能等。

4、結語

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引言

飛行員進行飛行訓練，人感系統對訓練水平的影響很大，高逼真度的桿力特性模擬，可以使飛行員體會到與上天飛行中一樣的操縱“手感”，飛行員的操縱動作，駕駛技巧也能得到良好的鍛煉。相反，如果養成錯誤的操作習慣，不但沒有起到地面培訓的效果，反而會在空中飛行中產生風險隱患。

典型的負荷系統是由彈簧、阻尼筒組成的機械式系統，當飛行員操縱駕駛桿產生位移時，彈簧拉伸或壓縮，反饋到駕駛桿的作用力，即為操縱桿力。選擇不同剛度的彈簧，即可改變操縱系統的桿力-桿位移梯度，而改變阻尼筒，即可改變駕駛桿自由運動時的振蕩阻尼。電動負荷系統的電機代替了彈簧阻尼系統，由自動控制設備控制電機的力輸出，通過控制軟件的精心設計，可以模擬出彈簧阻尼系統的力學特性。

1 系統結構

直升機的機動飛行是繞著3條軸線來轉動的：橫軸、縱軸和立軸。它可以繞縱軸做橫滾運動，繞橫軸做俯仰運動，繞立軸做航向運動[1]。同其他航空器一樣，直升機在正副駕駛位置也可以是雙套操縱裝置，而有些直升機的副駕駛操縱裝置還會被設計成可拆卸的，以便滿足飛行的需要（見圖1）。

電動負荷操縱系統主要包括機械、電氣兩大部分，如圖2所示。其中機械部分包括主動桿手柄、減速器、連桿、支撐件、外殼等；電氣部分包括控制器、電機、力傳感器和位移傳感器。力傳感器測量主動桿手柄上的飛行員操縱力，位移傳感器測量當前主動桿手柄的位移及電機轉子位置。控制器根據力和位移傳感器的反饋信號以及設定的系統模型參數控制電機的輸出扭矩，最終通過減速器給主動桿手柄提供相應的動力或阻力。控制器與主控平臺之間通過RS422總線通訊，實時收發系統指令及工作狀態[3]。

1.1 周期變距桿負荷系統

周期變距桿負荷系統俯仰姿態回路原理如圖3所示，電動負荷系統通過力傳感器、機械傳動裝置，與駕駛桿相連接。

周期變距桿負荷系統滾轉姿態回路原理如圖4所示，電動負荷系統通過力傳感器、機械傳動裝置，與駕駛桿相連接。

1.2總距桿負荷系統

總距桿負荷系統如圖5所示。

1.3 腳蹬負荷系統

腳蹬負荷系統如圖6所示。

2 各部件主要功能

2.1 加載系統

加載系統主要為駕駛桿上輸出桿力，使得飛行員感受到逼真的桿力特性。本論文研究的加載系統是以電能為能量源的力輸出系統，即核心為電機輸出的扭矩。因此，電機工作模式應為力矩模式，產生的力矩通過鋼索滑輪組或減速器等傳動機構后傳送至操縱桿端產生力反饋效果[4]。

2.2 控制器

控制器也稱為人感計算機，為嵌入式計算機。為實現桿力特性模擬的高逼真度，需要進行高速迭代計算。相關研究論文表明，控制器的采樣頻率應不小于2000Hz。

2.3 傳感器

電動式操縱負荷系統中傳感器主要包括力傳感器與位移傳感器。力傳感器主要用來測量負荷系統實際輸出的負載力信號，與人感計算機計算輸出理論力信號進行比較，用來進行力反饋控制，提高系統的力控精度。位移傳感器主要是測量飛行員操縱駕駛桿的位移行程，通過控制器采集來計算負荷系統輸出力的大小。

3 系統工作原理

下面描述一下該系統工作時的運行原理：

如圖7所示，當飛行員對駕駛桿施加操縱力時，駕駛桿產生位移，此時位移傳感器采得的即為飛行員操縱位移信號。人感計算機通過AD板卡采集位移信號，根據力函數模型，進行桿力計算。計算得到的桿力，即作為力控信號進入負荷系統，同時，電機輸出的力與力傳感器采集的力進行反饋控制，即形成力跟蹤控制。輸出的力通過連桿機構反饋到駕駛桿上，即給飛行員提供了模擬的桿力特性。同時操縱負荷系統負責實時將操縱位移信號傳送給主仿真計算機，參與飛行動力學解算。

4結束語

直升機電動負荷操縱系統是現代先進直升機模擬器的關鍵設備，利用該系統，可以模擬出不同類型直升機的人感特性，對行員訓練，加深飛行員的感知有重要的提升作用。本文對直升機電動負荷系統的關鍵部件和系統工作原理進行了介紹，該研究內容對于今后的工程化研制有著指導作用，通過對該系統的深刻理解，為今后的設計工作奠定了堅實的理論基礎。

參考文獻

[1]陳康，劉建新.直升機結構與系統[M].北京：兵器工業出版社，2007.

[2]高正，陳仁良.直升機飛行動力學[M].北京：科學出版社，2003.

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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。

篇10

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。