机械传动科学技术的历史与进展

摘 要：机械领域是由原动力系统、传动系统和执行系统构成,三者息息相关：构造较为单一和固定的原动力系统为机械提供了动力,而执行系统呈现多样性,传动系统则将原动力系统与执行系统有机结合,具有枢纽作用.机械中的传动系统是必要的,依据传动系统的科学性和效率性对机械的优劣进行评价.因此,最近几年,传动系统成为机械制造领域的重点研究课题.

关 键 词：机械传动；传动系统；机械制造

中图分类号：TH132文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）08-0004-02

1机械传动技术的发展历史

1.1机械的主要传动方式介绍

机械的主要传动方式包括：机械传动、流体传动、电传动.目前,电磁轴承、电磁传动等非接触式传动也逐渐出现,将传动技术的范畴拓宽.但具备了机械传动系统必须的要件的“机械传动”仍是最主要的传动形式,如恒功率输出、速度影响、效率等都很好.

1.2机械传动技术的特性

高效、高速、多功能、精密是机械逐渐达到的范围,那么就必然要求传动机的功能和性能也达到一个高端和精准的层面.在某种程度上,传动技术对机械的工作性能、寿命、能源的消耗、振动的噪声等影响很大.机械传动的形式包括齿轮传动、带链传动、摩擦传动等.

1.3机械传动科学技术的发展

在最近几年,机械传动技术得到了长足发展,其作为组成机械设备的重要部分之一,与机械诞生及其进步、更换有着紧密的联系,它有助于推动生产力的更新换代,有助于解决一系列的生产难题.在我国早期,指南车有着类似于齿轮传动的装置,美国在20世纪中期将指南车模型进行展览.战国到西汉期间,机械传动的重要标志就是齿轮已经诞生,指南车的发明早于宋代,中国古代科技史学家王振铎认为,三国时期的马钧发明了指南车.

据相关文字记载,表明了机械传动装置大约3000年的历史.在罗马时代,人类文明逐渐进步,谷物碾磨的木制齿轮是在水力驱动下运作的,传动随之出现在人们的视野.瑞典人在谷物磨中率先采用了传动技术史上称得上是突破斜齿轮传动,斜齿轮是由石头制成的,在材料上稍为原始.

14世纪,由于时钟较为精细,传动齿轮逐渐精密、小巧,人们开始研究金属齿轮,以减小尺寸.

18世纪初,蒸汽机进入使用,相续在矿井排水、铁路机车、加工制造等领域.蒸汽机本质上是机械的动力系统,它的发展对于传动系统提出更高的要求,高标准、高质量的金属齿轮传动在之后得到应用.

19世纪末期,电动机和内燃机出现.

20世纪初期,摆线、渐开线齿形的齿轮传动先后出现.40年代左右,渐开线和非渐开线齿轮传动的齿形计算方法、齿轮刀具、被加工齿轮、相互啮合的齿轮之间关系及齿形计算方法、空间三维齿形及其啮合计算方法,逐渐发展开来.20世纪50年代,初步形成了齿轮传动的表面接触和轮齿弯曲强度,以及动载荷的传动设计方法.20世纪60年代,宇航技术的发展要求机械传动更加精确.90年代,人们开发了被广泛用于冶金、船舶、电厂等关键设备及故障诊断的齿轮传动系统的状态监控.这一开发是基于传动系统动力学研究,并在故障诊断与失效预报两个方面也开发了相关的诊断系统.

2机械传动技术的相关研究

2.1机械传动的信息化与智能化

信息化和智能化作为现代社会科学发展的重要特征,涉及生产和生活的多方面,机械传动领域也如此.根据原动力系统的效率特征和执行系统的功能,结合了机械传动技术与计算机控制技术,实现了信息化和智能化,通过计算机控制技术,精确实现动力传动功率和速比的实时控制,使原动力系统、传动系统和执行系统趋于融合,这一研究也成为机械装备实现自动化和智能化的重要基础.

在科研人员的研究下,传动系统的信息化与智能化和机械装备的信息化与智能化,已获得了重大进步,在汽车、工程机械和军工机械生产领域被广泛使用.在结合了信息、计算机和控制技术与机械传动技术的基础下,出现机械传动的信息化与智能化,使动力传动功率和速比的实时控制出现,在车辆中广泛应用,包括机械自动变速传动、液力机械自动变速传动和无级自动变速传动三种形式.

2.1.1液力机械自动变速传动.由液力变矩器和行星齿轮传动构成的液力机械自动变速传动（AT）,液力变速器不仅仅可增加扭矩、吸收冲击振动,也可在较小的范围内将无级变速变为现实.机械自动变速传动采用液力变矩器,使得车辆起步换档平稳、舒适.

2.1.2无级自动变速传动.实现“发动机一变速器一道路负载”的最佳匹配和汽车动力传动系统的最佳燃油经济性和动力性,就是无级自动变速传动（CVT）,即带式无级自动变速传动和牵引式无级自动变速传动.

20世纪90年代末期,和日产汽车公司与日本山一润滑油有限公司合作,率先研究并成功开发了牵引式无级自动变速传动,将装车运行实现.由于无级自动变速传动的承载能力较大,被广泛用于大排量的汽车、工程机械和重型装甲车辆,作为未来日本和欧美等发达国家及部分地区的研究重点.

2.2械传动装置的高性能、低成本、小型轻量化

从传动原理和结构出发,采用高强度的新材料,喷丸、冷挤压、表面涂层和表面复合处理,均可提高传动系统的承载能力和使用寿命,减小传动系统的体积和

重量.

显示在诱导传动部件微点蚀的表面微缺陷和裂纹扩展和热处理交变应力,微点蚀的影响下和裂纹扩展；啮合传动副分析负载条件下,负载分配和牙齿评价之间的关系压力,牙齿牙齿表面改性和负载分布和应力强度,传动部件,如每一个的实力,如寿命设计,是提高承载能力和使用寿命,减少了重量和所需要的传输容量研究的传输系统主题.

现代机械工程的发展对于机械传动系统的要求也越来越高,比如,宇宙空间的真空高、重力微、温差大,海洋环境下的海水腐蚀,强磁场或强强电场等特殊环境下的机械,就需要与该环境相适应的传动系统.

3传动系统新材料的突破

20世纪50年代,在苏联成功发射人造地球卫星之后,先进材料对高科技的发展影响很大.在机械传动技术领域,性能特点鲜明且独特,如梯度、纳料、陶瓷、高分子聚合物、智能、表面涂层,以及自修复材料等,机械传动技术的发展和性能被这些独特的性能推进发展.作为多学科交叉与结合的结晶——材料科学,与工程技术是密不可分的,并且在全世界的排名中也位居前列.

4提升机械传动的适应性

真空高,重力微,高温,腐蚀性海水的海洋环境,以及强磁场或强电场作用下的空间特机械环境,我们需要适应传输系统的环境.

此外,微型传动系统作为微机械中重要的研究方向.微型传动系统与普通机械传动的工作原理和性能特征受到尺度效应的影响,存在一定的差异,当传输系统的微米或纳米级的小尺寸,这将是一个很大的新的科学问题.表面积的传输副成分增大,表面力学,表面物理效应,摩擦学,传输和不同规模的常规热传导体积比,我们需要加大研究力度.

5结语

进入二十一世纪以来,科学技术的发展,包括信息和控制、新材料、能源和环保以及先进的制造技术,已逐得到创新和发展,科学在这些领域的技术进步的一个重要领域,以促进科学和技术的发展的机械传动.在很大程度上机械传动技术的发展与突破影响着机械传动的发展与振兴,对机械传动的研究必将更加深入.