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机械传动

机械传动

2026年03期

《机械传动》杂志，于1977年经国家新闻出版总署批准正式创刊，是中国机械工程学会机械传动分会和中国机械通用零部件工业协会齿轮分会两组织的会刊，在国内享有较高的声誉，在机械行业内具有重要的影响力。

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结构设计与参数优化 | 差动式行星滚柱丝杠副承载特性分析及修形设计

结构设计与参数优化 | 差动式行星滚柱丝杠副承载特性分析及修形设计

摘要：【目的】差动式行星滚柱丝杠副是一种丝杠螺纹与滚柱环槽、滚柱环槽与螺母环槽相啮合的新型传动机构。研究了一种新型的五段式差动式行星滚柱丝杠副的承载特性。【方法】基于有限元法，对五段式差动式行星滚柱丝杠副建立有限元分析模型，进行了承载特性分析，并分析了不同设计参数对承载特性的影响，对环槽牙进行了修形设计。【结果】结果表明，滚柱与螺母接触段的应力、环槽牙载荷和应变均大于滚柱与丝杠接触段；滚柱与丝杠接触的2段中，应力、环槽牙载荷和应变的最大值均位于滚柱与丝杠啮合接触处的最左端；滚柱与螺母接触的3段中，应力和应变的最大值均位于滚柱与螺母啮合接触处的最右端。这表明，差动式行星滚柱丝杠副中存在载荷分布不均的现象。环槽牙相关设计参数对其载荷分布有着重要影响。当齿面圆弧半径为 1.5mm 、环槽牙角度为 50^° 和环槽牙倒角半径为 0.02mm 时，滚柱与丝杠接触段的环槽牙承载最为均匀。当齿顶修形量为 0.63mm 或齿根修形量为 0.84mm 时，滚柱与丝杠接触段的环槽牙承载和应力分布均匀。修形设计可使滚柱环槽牙承载不均的现象得到有效改善，有利于延长差动式行星滚柱丝杠副的使用寿命。
结构设计与参数优化 | 基于HB、ISO标准与AGMA标准的弧齿锥齿轮齿根弯曲强度计算对比分析

结构设计与参数优化 | 基于HB、ISO标准与AGMA标准的弧齿锥齿轮齿根弯曲强度计算对比分析

摘要：【目的】针对我国航空行业标准（简称HB）、国际标准化组织(InternationalOrganization forStandardization,ISO)标准和美国齿轮制造商协会(American Gear Manufacturers Association,AGMA)标准中，强度校核基准对弧齿锥齿轮齿根弯曲强度评价的差异性问题，通过对比分析得出弧齿锥齿轮设计的最佳策略。【方法】首先，基于各自标准的基础数学模型，分析了3种标准的本质差别；然后，从原理性上探究了3种标准的弯曲应力和强度安全系数的影响参数及其对应的影响机制；最后，通过实例分析进一步探究了由3种标准得到的应力结果的影响规律和强度计算结果的差异。【结果】研究结果表明，ISO标准、HB利用 30^° 切线法确定危险截面，并将载荷作用点选在齿顶进行计算；而AGMA标准利用抛物线法确定危险截面，并将载荷作用点选在危险点进行计算；由这2种方法求得的齿形系数及应力修正系数稍有不同。依据修正系数及其对应的计算公式，AGMA标准中的几何系数Y代替了HB、ISO标准中的多个修正系数，所以，AGMA标准的计算过程最简便，引入修正系数的个数最少。依据修正系数及应力计算结果，ISO标准的应力结果大于HB的结果，且远大于AGMA标准的结果；ISO标准中的齿形系数、载荷分担系数、重合度系数的取值与HB中的相应系数相近；动载系数、应力修正系数及螺旋线载荷分布系数的取值与HB、AGMA标准中的相应系数的差异较大。依据这3种标准得到的弯曲应力的变化规律，齿数、模数、螺旋角、压力角、齿宽及设计转速等参数对弯曲应力的影响较大。
结构设计与参数优化 | 含中心距误差的行星轮系最大滑动率与变位系数优化的研究

结构设计与参数优化 | 含中心距误差的行星轮系最大滑动率与变位系数优化的研究

摘要：【目的】针对打捆装备行星减速器在重载时易发生齿面磨损和胶合失效的问题，研究含中心距误差的3K-I型行星轮系最大滑动率及其影响因素，旨在通过优化变位系数提升传动性能与寿命。【方法】首先，基于齿轮啮合原理，推导了含中心距误差的行星轮系最大滑动率计算式；其次，利用控制变量法分析了变位系数和齿数比对最大滑动率的影响规律；再次，基于等滑动率原则，结合根切与重合度等约束条件，构建了以各齿轮对滑动率差值之和最小为目标的优化模型；最后，利用Matlab软件进行非线性约束优化求解，并对比分析了将中心距误差等作为设计变量的不同优化方案。【结果】结果表明，变位系数是影响最大滑动率的主导因素。对比发现，将中心距误差作为优化设计变量的方案最为合理，该方案在给定误差范围内显著降低了各齿轮对间的最大滑动率及其差值，其中3对齿轮副的滑动率差值分别降低了19. 6% 、 90.9% 、 96.1% ，有效改善了齿面的滑动平衡性，为行星轮系设计提供了参考。
结构设计与参数优化 | 齿厚和齿距偏差对单齿啮合谐波齿轮回程误差的影响研究

结构设计与参数优化 | 齿厚和齿距偏差对单齿啮合谐波齿轮回程误差的影响研究

摘要：【目的】针对齿厚与齿距累积偏差对单齿啮合谐波齿轮回程误差的影响关联尚未明确的问题，揭示回程误差的分布规律及关键影响因素，为谐波齿轮传动精度优化提供支撑。【方法】首先，采用影像测量仪获取刚轮与柔轮齿廓离散点数据，提取齿距累积偏差及齿厚偏差，为建模提供精准基础数据；其次，基于偏差数据构建单齿啮合回程误差几何模型，推导正向与反向转动时的传动误差表达式，建立偏差与回程误差的关联机制；然后，通过左、右侧啮合角误差计算单波与双波传动下的回程误差，对比不同波数的传动特性；最后，结合啮合区均衡效应，分析多波传动对输出端误差的平滑作用，明确多波传动的优势。【结果】结果表明，谐波齿轮回程误差与固定轮齿厚偏差呈负相关，与齿槽宽偏差呈正相关；相较于单波传动，双波传动的回程误差幅值降低 32.2% ，左、右侧啮合转角误差幅值分别降低 23.1% 和 34.3% ，曲线包络图一致性更高，传动稳定性显著提升。
结构设计与参数优化 | 锥齿轮径向变位系数对差速器承载特性的影响

结构设计与参数优化 | 锥齿轮径向变位系数对差速器承载特性的影响

摘要：【目的】国内外学者已针对不同变位系数下齿轮的动态特性开展研究，但关于径向变位系数与载荷双重变量对差速器锥齿轮应力变化规律的影响仍不明确。依托现有研究基础，重点探究不同径向变位系数、不同载荷条件下差速器行星齿轮副的等效应力变化规律，并对差速器锥齿轮进行模态分析。【方法】首先，以径向变位系数为自变量，对行星齿轮及半轴齿轮分别进行径向正变位及径向负变位的构型；其次，以半轴齿轮所受转矩为自变量，对不同径向变位系数的行星齿轮及半轴齿轮模型在边界条件上施加3种转矩；最后，使用非线性接触分析单元进行接触和力学性能分析，求解齿轮应力分布。【结果】结果表明，在锥齿轮啮合时，应力最大位置处于齿轮根部；在不同转矩的加载下，随着行星齿轮的径向变位系数 x₁ 从0.1增至0.2时，齿根处最大应力减小，啮合线处平均应力增大；当半轴齿轮径向变位系数 x₂ 从-0.1减小至-0.2时，齿轮齿根处最大应力增大，啮合线处平均应力也增大。对差速器行星齿轮及半轴齿轮进行模态分析的结果显示，随着正、负变位系数的增加，半轴齿轮、行星齿轮的最大固有频率与最大空间位移逐渐增加。
结构设计与参数优化 | 3K-H自锁行星轮系效率参数设计及仿真

结构设计与参数优化 | 3K-H自锁行星轮系效率参数设计及仿真

摘要：【目的】针对3K-H型(5310型)自锁行星轮系缺乏效率参数优化设计与仿真验证的问题，提出效率最大化设计方法，设计兼具可靠自锁特性与高正向传动效率的轮系结构，为相关工程应用提供参考。【方法】首先，建立参数-效率最大化模型，推导效率与不同功率流向转化轮系传动比的关系，绘制参数-效率曲线，为效率优化提供依据；其次，在满足自锁条件下，确定效率最大值对应的转化轮系传动比，结合模数与分度圆直径约束，设计轮系齿数参数；最后，通过Adams软件开展动力学仿真，结合理论计算验证设计方案的有效性。【结果】所设计轮系反向传动效率小于0，实现了可靠自锁；正向传动设计效率达0.506，仿真效率为0.481，理论计算结果与仿真结果高度吻合，验证了该设计方法的可行性与有效性。
结构设计与参数优化 | 单侧齿廓磨损的渐开线直齿轮设计参数反求方法分析

结构设计与参数优化 | 单侧齿廓磨损的渐开线直齿轮设计参数反求方法分析

摘要：【目的】进口设备和老旧设备中的传动齿轮磨损失效后，因缺乏原始设计资料往往无法修复和更换，导致整个设备提前报废。为此，提出一种基于视觉检测的单侧齿廓磨损渐开线直齿轮设计参数反求方法。【方法】首先，采用高精度视觉检测系统获取齿轮的端面齿廓图像，基于齿轮结构原理有效提取并分割齿廓特征点列；然后，利用渐开线齿廓的几何特性对磨损齿廓进行有效识别，并用未磨损侧标准齿廓对磨损齿廓进行重构，获得原始设计齿廓；最后，利用重构渐开线直齿轮齿廓的结构尺寸求解出齿轮的设计参数。【结果】试验结果表明，采用所提方法求得的齿轮模数、压力角与理论值一致，变位系数及其他基本参数的绝对误差均小于 0.035mm ，满足制造精度的要求。此外，所提方法具有无接触、操作简便、检测结果稳定、受齿轮磨损程度影响小的优势。
结构设计与参数优化 | 旋转对称重数对齿轮拓扑优化的影响

结构设计与参数优化 | 旋转对称重数对齿轮拓扑优化的影响

摘要：【目的】齿轮进行圆周旋转运动，其轮体的拓扑优化设计需考虑旋转对称性，不同的旋转对称重数可能会影响齿轮轮体拓扑优化设计的结果。但是，目前对于设置何种旋转对称重数能够使齿轮轮体拓扑优化结果最优尚未定论。为此，分析了旋转对称重数对齿轮拓扑优化设计结果的影响。【方法】以某减速器输出轴齿轮为研究对象，使用有限元仿真软件Abaqus对未经拓扑优化设计的齿轮进行受力分析和模态分析，分别得到齿轮啮合时的应力状态和固有振动特性；利用变密度法对齿轮进行了拓扑优化设计，对拓扑优化后的齿轮进行受力分析和模态分析，并系统分析了旋转对称重数对齿轮拓扑优化结果的影响。【结果】有限元仿真结果表明，旋转对称重数会影响齿轮拓扑优化区域的分布，对拓扑优化的体积减小分数影响较小；具有不同旋转对称重数的齿轮在啮合受力时均未发生屈服。模态分析结果表明，其固有振动特性变化较大；当旋转对称重数为6时，拓扑优化后的齿轮不仅在啮合受力时不会发生屈服，而且其固有振动频率与啮合频率差异最大，可有效避免齿轮啮合时发生共振。
动态性能与啮合特性 | 基于组合代理模型的城轨车辆牵引齿轮传动系统振动优化研究

动态性能与啮合特性 | 基于组合代理模型的城轨车辆牵引齿轮传动系统振动优化研究

摘要：【目的】针对城轨车辆牵引齿轮传动系统振动过大，且优化设计中存在运行时间长、收敛速度慢的问题，提出基于组合代理模型的多目标优化方法，实现系统振动特性精准改善与优化效率提升。【方法】首先，采用集总参数法建立系统机电耦合动力学模型，获取振动响应数据，为后续优化奠定基础；其次，以结构参数为输入、振动响应为输出，构建融合Kriging、径向基函数法(Radi-al BasisFunctionMethod,RBF）、多项式响应面的组合代理模型，快速映射参数与振动的关系；最后，以轴承支承刚度和阻尼为优化变量，基于非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting GeneticAlgorithmⅡI,NSGA-II)求解帕累托解集，实现振动加速度最小化目标。【结果】优化后系统振动加速度有效值平均降低 24% ，其中大齿轮垂向振动加速度有效值降幅达 38.4% ；优化效率提升 97% ，计算时间从16天缩短至 10min ；不同转速下振动抑制效果稳定，且齿轮承载能力未受影响。研究结果可为城轨车辆牵引传动系统优化设计提供参考。
动态性能与啮合特性 | 计及箱体柔性的多级变速箱传动系统动态特性分析

动态性能与啮合特性 | 计及箱体柔性的多级变速箱传动系统动态特性分析

摘要：【目的】为了准确计算装载机多级齿轮变速器的动态特性及箱体结构柔性对动态响应的影响，提出一种计及箱体柔性的动态响应的高效数值计算方法。【方法】首先，综合考虑齿轮传动系统的刚度、误差激励，采用集中质量法建立了多级齿轮传动系统弯-扭耦合多自由度动力学模型；其次，借助有限元软件和Romax软件，建立箱体有限元模型；最后，基于子结构法构建箱体-传动系统耦合动力学方程，该方程在传动系统动力学方程的基础上增加了箱体缩聚点的新自由度，可通过龙格-库塔法求解动态啮合力及轴承支反力。【结果】结果表明，箱体柔性对传动系统的影响与齿轮副位置及工况均有关；低速、轻载下，箱体柔性对传动系统中动态啮合力的影响较小；由于轴承和箱体直接接触，箱体对传动系统的影响从轴承处到齿轮副处逐渐减小，所以，箱体柔性对轴承支反力的影响大于对齿轮啮合力的影响。因此，为准确预测高速、重载复杂变速箱的振动噪声，箱体的柔性不可忽略。
动态性能与啮合特性 | 考虑轴向分力的斜齿轮时变啮合刚度改进算法及影响因素研究

动态性能与啮合特性 | 考虑轴向分力的斜齿轮时变啮合刚度改进算法及影响因素研究

摘要：【目的】针对斜齿轮时变啮合刚度精确求解问题，提出基于轴向力及切片思想的斜齿轮啮合刚度计算方法。【方法】将每一薄片齿轮简化为变截面悬臂梁，通过受力分析加入新的轴向弯曲势能，并对现有基于势能法的斜齿轮啮合刚度计算方法做了进一步修正，提出一种刚度改进算法；通过与有限元法、切片法对比分析，验证了该改进算法的可行性；在此算法基础上，研究了螺旋角、压力角、齿数、齿宽等参数对啮合刚度的影响。【结果】结果表明，传统势能法只适用于螺旋角较小的斜齿轮，而改进算法适用于任意斜齿轮；增大螺旋角，可使齿轮传动愈加平稳；压力角对时变啮合刚度均值影响较小；齿宽对时变啮合刚度均值影响较大，近似成线性关系；中心距一定时，齿数变化对时变啮合刚度均值影响较小，齿数较多时，啮合刚度波动值较小；当轴向重合度接近整数时，啮合刚度波动值最小。
动态性能与啮合特性 | 不同工况下聚合物齿轮啮合表面温度场的研究

动态性能与啮合特性 | 不同工况下聚合物齿轮啮合表面温度场的研究

摘要：【目的】聚合物齿轮具有质量轻、耐腐蚀、降噪等优点，在复杂工况下的啮合热特性仍有待深入探究。为明确运行工况及表面粗糙度对聚合物齿轮热行为的影响规律，耦合热黏弹理论与齿轮动力接触模型构建热黏弹接触模型，旨在为聚合物齿轮的设计与服役性能评估提供支撑。【方法】首先，基于热黏弹理论与齿轮动力接触模型建立了聚合物齿轮的数值仿真模型；然后，通过改变运行工况参数并引入轮齿表面粗糙度特征，模拟分析了齿轮转速、载荷以及表面形貌参数(波长和幅值)对齿面最大接触压力与最高温升的影响效应。【结果】结果表明，齿轮转速和载荷是影响齿面最高温升的关键因素。表面形貌对啮合面最大压力和温升具有显著调节作用：波长与压力成负相关，而幅值与压力成正相关。所提模型能有效模拟不同表面条件下聚合物齿轮的压力与温升分布状态，对优化聚合物齿轮的设计具有指导意义。
动态性能与啮合特性 | 基于曲线构型的小模数塑料齿轮温度场仿真与试验研究

动态性能与啮合特性 | 基于曲线构型的小模数塑料齿轮温度场仿真与试验研究

摘要：【目的】温度是影响塑料齿轮服役性能的关键因素。为预测干运行工况下齿轮副啮合的最大稳态温度，提出曲线构型小模数塑料齿轮齿面温度分布规律研究方法，分析了不同转速和载荷对齿轮啮合最大稳态温度的影响。【方法】基于聚甲醛(Polyoxymethylene,POM)材料温度-模量效应，结合曲线构型小模数齿轮精确三维模型，建立了齿轮温度场有限元数值模型；开展干运行条件下曲线构型小模数POM齿轮副啮合温度试验，并将试验结果与有限元结果进行对比，以验证预测模型的准确性。【结果】研究结果表明，在干运行工况下，齿体温度差较大，最大温度分布在曲线构型齿轮第一接触迹线单齿啮合区的中间位置，且齿轮副啮合最大稳态温度以及主从动轮试验稳态温度差随转速和载荷的增加而逐渐变大。试验结果与模型预测结果吻合良好，齿体最大稳态温度与试验结果误差最大不超过 6.35% 。该研究可为基于曲线构型的小模数塑料齿轮长期服役应用设计提供支撑。
动态性能与啮合特性 | 等角螺旋线齿廓面齿轮啮合特性与应力分析

动态性能与啮合特性 | 等角螺旋线齿廓面齿轮啮合特性与应力分析

摘要：【目的】随着工业领域对面齿轮传动系统承载能力与使用寿命的要求不断提高，为进一步增强面齿轮传动的承载性能，提出一种基于等角螺旋线齿廓的面齿轮副传动设计方法。【方法】研究了等角螺旋线面齿轮齿面形成原理；通过求解啮入点、啮出点、内齿廓齿顶点和外齿廓齿根点的啮合参数，推导了等角螺旋线面齿轮齿面离散模型；利用数值计算实例验证了齿面模型的正确性；分析了等角螺旋线面齿轮的主曲率、滑动率与压力角等关键特征参数，证明通过圆柱齿轮齿廓共轭的面齿轮齿廓仍为等角螺旋线；推导面齿轮接触应力与弯曲应力的理论解析模型，通过仿真验证了理论模型的准确性。【结果】仿真结果表明，等角螺旋线面齿轮应力明显小于渐开线面齿轮；等角螺旋线面齿轮承载能力显著高于渐开线面齿轮。研究为面齿轮传动的承载能力提升提供了一种新的设计思路。
动态性能与啮合特性 | 无侧隙端面滚子包络蜗杆传动啮合性能分析

动态性能与啮合特性 | 无侧隙端面滚子包络蜗杆传动啮合性能分析

摘要：【目的】滚子包络环面蜗杆传动在数控转台中应用广泛，但存在误差敏感性高、负压力角齿面安装困难等问题。为此，提出一种无侧隙端面滚子包络蜗杆传动副，通过一侧传递运动、一侧消隙的啮合方式实现无侧隙传动，旨在提升数控转台的传动精度与承载能力。【方法】首先，基于空间啮合理论和微分几何，建立了无侧隙端面滚子包络蜗杆传动副的数学模型；其次，推导了啮合方程、接触线、齿面方程、诱导法曲率、润滑角与相对卷吸速度等啮合性能参数的数学表达式；最后，利用Matlab软件分析了传动副几何参数对啮合性能的影响规律，并验证了所提设计方法的正确性。【结果】研究结果表明，该传动副的理论啮合齿对数为5对，具有较高的承载能力。其中，3对以上啮合齿对的润滑角保持在 85^° 左右，润滑性能良好；诱导法曲率低于 0.25mm^-1 ，说明蜗轮蜗杆共轭齿面贴合度较高。该设计为高精度数控转台蜗杆传动系统的研发提供了参考。
动态性能与啮合特性 | 考虑齿面微观形貌的磨损齿轮动态响应特性研究

动态性能与啮合特性 | 考虑齿面微观形貌的磨损齿轮动态响应特性研究

摘要：【目的】为探究齿面微观形貌对齿轮接触情况及运行状态的影响，开展各向异性三维粗糙齿面下的磨损速率及动态响应特性研究。【方法】首先，基于分形几何理论建立了各向异性三维微观粗糙齿面；其次，根据Archard理论计算微观粗糙齿面在不同转速和不同工作时长下的非均匀磨损情况，将齿面磨损深度与齿轮尺寸参数相结合，求解磨损轮齿啮合时的时变啮合刚度和时变齿隙，并将其作为齿轮传动系统动力学模型的内激励输入参数；最后，采用变步长Runge-Kutta算法求解动力学微分方程，得到齿轮传动系统的动力学响应特性。【结果】结果表明，在齿面粗糙度相同时，随着齿轮转速、工作时长的增加，齿面磨损深度和齿侧间隙逐渐增大，时变啮合刚度逐渐减小；在考虑齿面微观形貌的齿轮传动系统中，随着转速的变化，齿轮传动系统表现出丰富的动态响应特性；随着工作时长的增加，齿轮传动系统的动态传递误差增大，系统整体动态响应由周期运动状态趋向于混沌运动状态，进而表现为混沌振动，这将不利于系统的平稳运行；对于处于混沌运动状态的磨损齿轮，改变转矩或转速后，齿轮传动系统由混沌运动状态转变为较为稳定的周期运动状态。
动态性能与啮合特性 | 小交错角变厚齿轮与渐开线圆柱齿轮传动啮合特性研究

动态性能与啮合特性 | 小交错角变厚齿轮与渐开线圆柱齿轮传动啮合特性研究

摘要：【目的】针对交错轴变厚齿轮副在轴向窜动量较大时易产生的干涉与卡死现象，提出一种小交错角变厚齿轮与渐开线圆柱齿轮传动类型，旨在提升传动系统的可靠性与环境适应性。【方法】首先，基于空间齿轮啮合理论，构建了小交错角变厚齿轮与渐开线圆柱齿轮副的工作节圆锥-节圆柱数学模型；其次，提出该传动类型的几何设计方法，获得了关键的几何设计参数与安装参数；最后，利用有限元法建立负载啮合分析模型，系统研究了载荷、螺旋角及节锥角对啮合印痕、传递误差和齿根应力的影响规律。【结果】结果表明，随载荷增加，齿轮副的啮合印痕面积、传递误差及齿根弯曲应力均呈增大趋势。增大变厚齿轮的节锥角会导致啮合印痕面积减小，并使传递误差与齿根弯曲应力上升；而增加变厚齿轮的螺旋角则能有效扩大啮合印痕面积，并降低传递误差的峰峰值及齿根弯曲应力。研究结果可为小交错角变厚齿轮传动的设计与应用提供指导。
故障诊断与失效分析 | 基于FDBO ¹⁺ Informer-ECANet的齿轮箱故障诊断分析

故障诊断与失效分析 | 基于FDBO ¹⁺ Informer-ECANet的齿轮箱故障诊断分析

摘要：【目的】基于智能优化算法与深度神经网络的齿轮箱故障诊断方法逐渐成为研究热点，但仍然存在较多问题。为了解决强噪声环境下齿轮故障特征提取难、诊断准确率低的问题，提出一种基于融合增强型蜣螂优化(Fusion-enhanced Dung Betle Optimization,FDBO)算法、Informer模型和通道注意力机制(Eficient Channel Attention Network,ECANet)模块的齿轮箱故障诊断方法。【方法】首先，针对现有蜣螂优化(Dung Beetle Optimization,DBO)算法全局搜索能力不足、易陷入局部最优等问题，引入融合Fuch混沌映射兼逆反向学习策略、自适应步长策略与凸透镜成像反转策略集成、随机差异变异策略，提高算法的全局搜索能力；其次，基于Informer模型出色的长时间序列处理能力，高效提取出序列数据中的全局特征与局部特征；尤其针对包含长时间依赖关系的故障信号，该模型可展现出极高的分类性能；再次，在Informer模型的编辑器中引入ECANet模块，对Informer提取的特征进行通道级的自适应校准，提高模型对重要特征的关注度，以增强特征表达能力、减少噪声干扰；最后，通过FDBO算法对Informer-ECANet模型多个超参数进行寻优，确定最优参数组合，以增强模型的诊断能力和泛化性能。【结果】试验结果表明，在无噪声条件下，所提模型准确率达 100% 在加入-6dB的高斯白噪声下准确率仍达到 94.4% ，验证了所提模型的优越性，为齿轮箱故障诊断提供了一种新型有效的智能方法。
故障诊断与失效分析 | 基于优化VMD和ELM的行星齿轮箱故障诊断方法研究

故障诊断与失效分析 | 基于优化VMD和ELM的行星齿轮箱故障诊断方法研究

摘要：【目的】针对行星齿轮箱结构复杂导致振动信号故障特征提取困难，且传统处理方法高度依赖专业经验的问题，提出一种融合白鲸优化(BelugaWhaleOptimization,BWO)算法优化变分模态分解（Variational Mode Decomposition,VMD）、多尺度排列熵（Multi-scale Permutation Entropy,MPE)与极限学习机(Extreme Leaming Machine,ELM)的故障诊断新方法。【方法】首先，利用BWO算法以包络熵最小为目标函数，对VMD的分解层数K、惩罚因子 a 进行了组合寻优，实现了信号的自适应分解；其次，利用MPE算法提取了各本征模态函数(Intrinsic ModeFunction,IMF)分量的非线性特征，构建了包含均值、方差等5项时域指标的特征向量；最后，将特征向量输入ELM进行训练与识别，并在行星齿轮箱试验台上开展了不同工况下的对比试验。【结果】试验结果表明，所提方法在正常、齿根裂纹、缺齿及断齿4种工况下的整体识别准确率达到 97.92% ，显著优于EMD-ELM、优化VMD-SVM等传统模型。验证了BWO-VMD在信号去噪与自适应分解方面的优势，为行星齿轮箱关键部件的健康监测提供了可靠的技术支撑。
故障诊断与失效分析 | 基于ITD-WPT的齿轮裂纹冲击信号降噪方法

故障诊断与失效分析 | 基于ITD-WPT的齿轮裂纹冲击信号降噪方法

摘要：【目的】针对利用传统降噪方法处理齿轮裂纹冲击信号时降噪效果欠佳、关键特征保留不足的问题，提出一种融合固有时间尺度分解(Intrinsic Time-scale Decomposition,ITD)与小波包变换（WaveletPacketTransform,WPT)的降噪方法(ITD-WPT）。【方法】首先，采用ITD将含噪信号分解为若干固有旋转(Proper Rotation,PR)分量，通过识别异常PR分量分离含噪高频分量，为精准降噪奠定基础；其次，利用WPT对含噪高频分量进行多尺度分解，通过精细阈值处理提取小波包系数，实现噪声精准抑制；然后，重构小波包去噪分量，结合无噪低频分量，采用ITD进行信号重构，获得高质量降噪信号；最后，将该方法应用于仿真裂纹齿轮信号与试验断齿信号，与滑动平均、经验模态分解（Empirical ModeDecomposition,EMD）、小波降噪等经典方法进行对比验证。【结果】结果表明，该方法降噪效果显著优于对比方法：噪声方差为50时，信噪比达9.490dB，相关系数为0.944；方差为100时，信噪比为 4.012dB ，相关系数为0.838，且能有效保留信号冲击特征。研究可为齿轮裂纹冲击信号降噪提供参考。
故障诊断与失效分析 | 塑料挤出机输入轴齿轮失效分析

故障诊断与失效分析 | 塑料挤出机输入轴齿轮失效分析

摘要：【目的】针对某型号塑料挤出机输入轴高速挡离合器齿轮发生多齿断裂的问题，探究其失效机制，明确断裂原因，为齿轮结构改进与寿命提升提供依据。【方法】首先，通过宏观断口形貌分析与扫描电镜表征，观察断口疲劳台阶、疲劳辉纹及齿面塑性挤压/滑移痕迹，初步判定失效形式；其次，开展化学成分检测与硬度测试，验证齿轮材料的成分合规性，测试齿面与芯部硬度以判断是否经表面强化处理；然后，采用有限元法建立齿轮副模型，模拟正常配合、中心线不平行及中心线不对中3种工况，分析齿根应力分布规律，重点量化中心线不对中对齿根应力幅值的影响；最后，进行轴系弯曲刚度校核，通过计算轴的当量直径、惯性矩及齿轮处挠度，验证轴刚度不足对齿轮副中心线对中性的影响。【结果】齿轮失效形式为疲劳断裂，断口可见明显疲劳辉纹与疲劳源区；轴弯曲刚度不足导致齿轮处轴挠度超过许用挠度，引发齿轮副中心线不对中；平动自由度Y方向 0.01mm 位移时，内、外齿轮齿根应力幅值分别达62.66、62.72MPa ，加速了疲劳裂纹萌生与扩展；齿轮表面未进行渗碳等强化处理，进一步降低了抗疲劳性能。
故障诊断与失效分析 | 考虑滚子修形的盾构机主轴承疲劳寿命计算

故障诊断与失效分析 | 考虑滚子修形的盾构机主轴承疲劳寿命计算

摘要：【目的】针对盾构机用三排滚子结构主轴承，建立一种考虑滚子修形的疲劳寿命计算方法，为确定滚子修形方式和程度提供指导。【方法】首先，通过几何分析，建立滚子-滚道接触变形与内圈整体轴向、径向位移的数学关系，基于Palmgren经验公式和内圈受力平衡方程，构建主轴承载荷分布模型，求解得到各滚子载荷；其次，对滚子沿素线方向进行等距切片，利用有限长线接触理论建立修形滚子与滚道的弹性接触模型，获取各切片处的接触应力；最后，依据ISO/TS16281标准，分别计算对应于套圈基本额定动载荷和当量动载荷的滚子切片载荷，进而计算主轴承的疲劳寿命。【结果】结果表明，滚子修形凸度量显著影响主轴承疲劳寿命；随着凸度量的增大，疲劳寿命呈现先增大后减小的趋势，存在一个最优修形凸度量使主轴承疲劳寿命达到最大值。

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