总第１７８期 机械管理开发 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ｒｒｎｔａｌ １７８ Ｎｏ．２，２０１８ ２０１８年第２期 ｔ 专题与缘述毒｜ ＤＯＩ：ＩＯ．１６５２５０．ｃｎｋｉ．ｃｎ１４－１１３４／ｔｈ．２０１８．０２．６５ 机械传动技术发展与展望 王向才 （吉林铁道职业技术学院，吉林摘吉林１３２２００） 要：分析了机械传动技术的特性，介绍了机械传动技术发展，从智能化与信息化程度、绿色化、材料技术水 平等方面对机械传动技术进行展望。分析认为，机械传统技术具有较长的研究历史，较强的应用潜力，未来机械 传动将逐步走向智能化、自动化控制，节能与环保效果也会更好。 关键词：发展趋势 未来展望机械传动技术 中图分类号：ＴＨ１３２ 文献标识码：Ａ 引言 工业生产中需应用各式各样的机械设备，这些 机械设备间性能上虽有较大差异，但基本都由原动 力系统、传动系统、执行系统构成，任何一项缺失或 故障都会对机械设备功能造成影响。传动系统在系 统中占据重要位置，所以传动技术一直都是机械制 造领域最为重要研究课题之一。机械传动与其他传 动方式相比，传动效率好、控制精度高、响应速度快、 适应范围广，非常具有研究价值。 １机械传动技术的特性 从现代机械系统原理与结构来看，主要由原动 力系统、传动系统、执行系统构成。原动力系统为机 械系统的运动提供基本动力，执行系统执行机械的 具体功能，传动系统负责动力和运动的传递『】］。执行 系统与原动力系统不论运动方式，还是结构形式上， 都存在一定差异，所以一些时候会出现原动力系统 动力输出无法满足执行系统工作要求的情况。因此， 机械系统运行中需要传动系统将原动力系统提供的 运动和动力进行转换，并将其传递给执行系统，使执 行系统正常运作，实现机械系统功能。根据传动形式 可分为机械传动、电传动、流体传动等 。机械传动与 其他传动形式相比，具有高效、高速、精密等特点，在 机械工程中应用非常广泛。机械传动技术按动力和 运动传递方式的不同可分为摩擦传动和啮合传动两 大类。摩擦传动常见方式，如带传动、绳传动等。啮合 传动常见方式，如链传动、齿轮传动、螺旋传动等。。。。 不同传递方式适用范围不同，摩擦传动能适应轴间 距较大的传动需求，但传动比缺乏准确性，更不能适 用于大功率的传动场合。啮合传动与摩擦传动相比， 依靠主动件与从动件结合或借助中间件啮合齿轮传 收稿日期：２０１７—０９—１０ 作者简介：王向才（１９８５一），男，毕业于吉林铁道职业技术学院 铁道机车系，研究生在读，讲师，研究方向为铁道机车车辆制动 和铁道机车控制。 文章编号：１００３—７７３Ｘ（２０１８）０２—０１５２—０３ 递动力和运动，传动比准确，能适用于大功率传动场 合。由于机械设备运行当中传动技术对机械设备性 能、寿命、能耗、噪声都有较大影响，所以一直都是机 械＿丁程领域研究的重点。 ２机械传动技术发展 机械传动具有一定优势，根据传动方式不同分 为啮合传动与摩擦传动。机械传动技术具有较长历 史，我国古代就有机械传动雏形，如桔槔、指南车就 基于机械原理，指南车便采用的是啮合传动方式，应 用了相当复杂的齿轮传动系统嘲。在１４世纪，西方 便已开始出现精细、精密的传动齿轮，机械传动技术 得到发展。１８世纪初，蒸汽机进入使用，机械传动技 术进入高速发展阶段，更高质量的金属传动齿轮得 到应用，使得齿轮传动的传动比越来越精确，因此开 始被应用到机械制造领域。链传动也是主要啮合传 动方式之一，链传动需基于链条实现，传动过程中通 过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传 递到具有特殊齿形的从动链轮上，如自行车便基于 链传动实现。链传动工作效率高，传动功率大，不打 滑，能适应各类恶劣工作环境。但传系统的动平衡性 较差，实现成本高，传动件易磨损，且传动过程噪声 大。摩擦传动主要依靠绳带，靠紧绕在槽轮上的绳 带与槽轮问的摩擦力来传递运动和动力。这种传动 方式也有较长历史，西汉时期手摇纺车就是典型绳 带传动。现如今的汽车传动带、家用电器传动带都 属于绳带传动嘲。绳带传动结构简单，传动平稳，实 现成本低，不需要润滑，维护简易，运转噪声低。但传 动比相对不准确，应用中也存在一定限制。 由于传动系统决定机械设备性能，机械设备本 身总是会和传动技术联系在一起。现如今内燃机与 电动机对机械传动技术要求越来越高，为提升机械 设备性能，满足机械系统传动需求，许多新兴技术开 始应用到机械传动技术领域，尤其啮合传动２Ｏ世纪 应用到航空领域后，相关的动力研究更加深入。宇航 ２０１８年第２期 王向才：机械传动技术发展与展望 机械装置对传动可靠性、准确性都有较高要求，啮合 传动也因此成为机械传动研究热点。自此传动设计 更加精细，零件和材料不断更新，体积越来越小，质 量越来越轻，并开始融人各类高新技术手段。例如： 行星系列齿轮箱就是近些年较为常用宇航高精传动 设备，该设备高速轴转速可达到７３ ０００ ｒ／ａｒｉｎ，采用 自动高速齿式联轴器和滑动轴承，无需高速轴承支 撑，效率大于９８．５％。当前机械传动技术仍在不断研 究与发展当中，并开始出现太阳轮、齿圈整体浮动均 力结构进行科学设计，从而实现汽车发动机的有效 调节与控制，降低汽车能耗，实现减排目的。目前在 这方面做的比较好的，如ＡＢＢ传动系统，不仅运行 效率非常高，且能耗小，众多工业自动化设备都应用 了ＡＢＢ传动系统。 ３．３材料技术水平的提升 未来机械传动系统不论科学技术水平，还是应 用的材料科学技术水平都会有所提升。近些年，随着 高新技术的快速发展，各种新型材料被研发，部分材 载技术、齿式联轴器技术、多轴疲劳分析技术、高重 合度齿轮优化技术等众多技术手段。显然现如今机 械传动技术的技术含量越来越高，正在朝着高度集 成化、自动化、智能化、绿化化方向发展。 ３对机械传动技术的展望 ３．１智能化与信息化程度的提升 信息技术、智能技术融入机械传动领域已成为必 然趋势，未来机械传动必然要呈现出信息化、智能化 的特征。当前很多传动设备都在尝试与信息技术融 合，以此实现智能控制与调节［６］。例如，汽车自动变速 就是信息技术与机械传动技术的融合，通过计算机对 机械传动功率和速比进行实时控制。另外，近些年，物 联网技术也开始应用到机械传动领域阴。基于物联网 技术的机械传动系统，能实现相关设备的非接触识别 与控制，控制准确性和可靠性更高，安全ｆ生更好。基于 物联网的机械传动设备应用传感设备和感应终端，进 行非接触信息采集和信号识别，以网络作为控制指令 和运行数据传输的媒介，通过计算机系统完成高精度 控制。系统故障时，传统故障检测先找故障点，分析故 障原因，再进行故障维修。而这种传动设备控制方式， 故障率低，发生故障后系统会自动检测故障原因，并 将故障信息反馈给系统。维修人员根据故障信息便能 展开有效维修，维修时间被缩短。 ３．２绿色化的发展 当前环境污染、能源危机等一系列问题越来越 突出，机械传动技术未来发展必然要走绿色化发展 路线，要更加节能、环保。目前在部分机械传动系统 设计中，由于缺乏对环保、节能的考虑，不仅能耗大， 噪声明显，且使用的润滑剂对环境有一定污染性，这 些润滑剂在使用过程中会因油箱呼吸作用挥发到空 气中，残留液体污染物也会污染水资源。因此，未来 机械传动要更加节能、环保才能持续发展，要尽可能 使用无污染润滑剂，充分考虑原动力系统和执行系 统的协调。具体设计中，要根据机械系统功率和速 度，对传动系统进行合理设计，使系统各部分实现最 佳匹配效果，从而降低机械运作污染物排放量。例 如，汽车工业领域，传动系统设计就应结合变速器动 料也被应用到了机械传动领域。这些新型材料的应 用必然能促进机械传动技术的发展，使之突破以往 机械传动技术障碍。如：梯度材料、高分子聚合物、智 能材料，目前已开始在机械传动领域进行实践，并取 得优异成绩，已被证明能对机械传动系统性能产生 了影响。梯度材料适合用于制作机械传动零件，由于 梯度材料由表至里呈梯度变，且变化很有规律，材料 韧性与强度都非常好，梯度材料机械传动零件使用 寿命长，成本更低，是目前新型机械传动系统首选新 型材料之一。另外，高分子聚合物具有耐磨、耐热、耐 腐等特点，同样非常适合制作机械传动零件，尤其是 无需任何润滑介质的机械传动系统中值得应用，市 面上已出现应用高分子聚合物的齿轮啮合传动制 品。智能材料属于新兴材料，在机械传动系统中应用 智能材料，能实现机械结构智能控制，对推进机械传 动系统自动化、智能化发展有很大帮助。如：敏感材 料、基体材料、驱动材料都非常适合应用于精密度要 求高的机械传动系统设计。 ４结语 现代工业生产已离不开对机械设备的应用，机 械设备已成为生产的主要工具，而机械设备功能的 实现需要得到传动系统的支持。通过正文分析可知， 机械传统技术具有较长的研究历史、较强的应用潜 力，随着高新技术在机械传动领域的应用，未来机械 传动将逐步走向智能化、自动化控制，节能与环保效 果也会更好。 参考文献 ［１］ 段佳明．基于ＬａｂＶＩＥＷ的机械传动综合实验台的研究与设计 ［Ｊ］．华北航天工业学院学报，２０１６（１）：３９—４ＪＤ． ［２］ 李国强，雷福斗．工程机械传动系节能技术的研究与应用—— 山推倾力打造传动系统节能全面解决方案［Ｊ］．液压气动与密 封，２０１６，３４（７）：７０—７２；７６． ［３］ 邵忍平，黄欣娜，胡军辉．基于ＤＣＴ和ＦＦｒ谱熵分析的机械传 动系统状态检测与趋势预测［Ｊ］．中国机械工程，２０１５，１９（４）： ９５－９９． ［４］ 张建明．精密机械传动链动态传动精度检测分析系统的研制 ［Ｊ］．实验科学与技术，２０１６（５）：１２２—１２４． ［５］孙志礼，陈良玉，何恩山，等．机械传动系统可靠性设计模型（Ⅱ） —考虑强度相关性的设计［．Ｔ］冻北大学学报，２０１５（６）：５５２—５５５． 机械管理开发 ｊｘｇｌｋｆｂｊｂ＠１２６．ｃｏｍ 第３３卷 ［６］范顺成，张骁，温正忠．关于机械传动方案设计专家系统（ＤＥｓ） 库的结构研究［Ｊ］．工程设计，２０１６（２）：１６—１８． 开发中建立知识库问题的探讨［Ｊ］．机械设计，２００１（２）：３１—３４． ［７］沈敏德，冯培恩，宋烨．基于力学效应的机械传动原理设计知识 （编辑：赵婧） Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｗａｎｇ Ｘｉａｎｇｃａｉ （Ｊｉｌｉｎ Ｒａｉｌｗａｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉｌｉｎ Ｊｉｌｉｎ １３２２００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｌｏｏｋｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ，ｇｒｅｅｎｉｎｇ，ｍａｔｅｒｉｌ ｔａｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｌｅｖｅｌ，ｅｔｃ．Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ａ ｌｏｎｇ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｓｔｒｏｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉｌ，ｔｈｅ ｆａｕｔｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｌｌ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｍｏｖｅ ｔｏ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ， ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｂｅｔｔｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ；ｆｕｔｕｒｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （上接第２页） 人的工业转民用水平 ］。 本文设计的面向民用型拟人型机器人设计有开 源的双臂双目机器人方案，在特定条件下可以打破 现有双臂机器人的专利版权束缚，为多用途需求提 供保障。 ３技术要点 为了使机械手臂能更加民用化，轻量化，本文设 计的面向民用型拟人型机器人的微电机大体上安排 在机械臂的肩关节与肘关节处，使得机械臂的机械 结构精巧。在此基础上减少了能量损失，能以较小的 体积完成更重的工作要求。 为了更加适用于民用多用途应用环境，本文设 计的面向民用型拟人型机器人囊括了具有一定水准 的仿人性，其囊括了双臂，双手，单腰结构，能普遍适 用于各种民用环境。 ４结语 人为前提条件，本文设计了一款囊括了双臂型协同 作业能力和视觉识别能力的双目双臂仿人机械臂。 围绕其机械结构、控制系统、驱动及双目型视觉系统 的主要研究内容包括三点：一是囊括了多传动方式、 内部可见的双五自由度机械臂结构安排；二是双机 械臂嵌入式控制系统及双臂协同控制技术研究；三 是双目视觉系统安排与搭建。 参考文献 ［１］李贺立，杨冬，杨德志．双臂机器人避关节极限与避奇异位形改 良研究［Ｊ］．科学技术与工程，２０１７（３）：９８—１０４． ［２］ 张波，陈丹惠，陈俭．双臂机器人多功能欠驱动手爪的研制［Ｊ］． 产业与科技论坛，２０１７（１）：６９—７０． ［３］周彤彤，刘更谦，李浩源．基于Ｋｉｎｅｃｔ的双臂机器人动作模拟与 轨迹规划［Ｊ］．科学技术与工程，２０１７（７）：５８—６２． ［４］ 倪文彬，杨伟超．一款双臂机器人离线运动规划方法研究［Ｊ］．制 造技术与机床，２０１７（４）：５－２８． （编辑：王慧芳） 以设计一款面向多用途的民用桌面型仿人机器 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄｅｓｋｔｏｐ Ｈｕｍａｎｏｉｄ Ｄｕａｌ Ａｒｍ Ｒｏｂｏｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｋｉｎｅｃｔ Ｃｈｅｎ Ｊｉａｗｅｎ，Ｓｕ Ｑｉｇｕａｎｇ，Ｗａｎｇ Ｚｈｕｏ （Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ａ ｍｕｌｔｉ－ｐｕｒｐｏｓｅ ｃｉｖｉｌｉａｎ ｄｅｓｋｔｏｐ ｈｕｍａｎｏｉｄ ｒｏｂｏｔ．Ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ ｗｉｔｈ ｍｉｃｒｏ ｍｏｔｏｒ ａｓ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａｃｔｉｏｎ ａｌｅｒｔ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｇｒａｍ ｓｏｕｒｃｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａｌ＇ｍｓ ｔｙｐｅ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｏｎ ｂｉａｌｉｔｙ，ａｎｄ ｉｎｃｌｕｄｅ ｔｈｅ ｂｉｎｏｃｕｌａｒ ｖｉｓｉｏｎ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｙ．Ｔｈｉｔｓ ｎｅｗ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｒｍ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ａ ｓｉｍｐｌｅ ｔｏ ｕｓｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｄｅｓｋｔｏｐ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ ｆｏｒ ａ ｗｉｄｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｅｘｔｅｎｄｓ丘Ｄｍ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｔｏ ｃｉｖｉｌｉａｎ ａｒｅａｓ，ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｈｕｍａｎｏｉｄ ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｉｖｉｌｉａｎ ｉｎｄｕｓｔｙ，ｔｈｅ ｅｘｔｒｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｈｕｍａｎｏｉｄ ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｉｖｉｌｉａｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｔｏ ｃｉｖｉｌｉａｎ ｌｅｖｅｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｈｕｍａｎｏｉｄ ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ ｃｉｖｉｌ ｕｓｅ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｅｓｋｔｏｐ；ａｎＴ１ ｒｏｂｏｔ；ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ