我國(guó)鏈傳動(dòng)行業(yè)的技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望

發(fā)布時(shí)間：2022-10-27　　　　 次瀏覽

　　前 言

　　鏈傳動(dòng)產(chǎn)品是重要的機(jī)械基礎(chǔ)件，通常，鏈傳動(dòng)是一種具有中間撓性件的非共軛嚙合傳動(dòng)，它兼有齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的一些特點(diǎn)，特別是在大中心距、定速比、多軸傳動(dòng)的工況下，以及環(huán)境惡劣的開(kāi)式傳動(dòng)、沖擊振動(dòng)大的傳動(dòng)、大載荷的低速傳動(dòng)、潤(rùn)滑良好的高速傳動(dòng)中，采用鏈傳動(dòng)，將帶來(lái)明顯的技術(shù)效益與經(jīng)濟(jì)效益。工業(yè)化的進(jìn)程表明，許多重要的齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)領(lǐng)域已逐漸被鏈傳動(dòng)所取代。

　　隨著工業(yè)化、信息化、智能化的不斷深入，鏈傳動(dòng)專業(yè)的技術(shù)也發(fā)展到了嶄新的歷史時(shí)期，創(chuàng)新、變異、升級(jí)已成為其主要特征。

　　但是，我國(guó)的鏈條生產(chǎn)，在品種、規(guī)格、產(chǎn)品性能上與發(fā)達(dá)國(guó)家尚有一定差距，尤其是在嚴(yán)酷服役條件（例如：高速、重載、高溫、強(qiáng)磨損、強(qiáng)腐蝕、劇烈沖擊等）下工作的鏈傳動(dòng)產(chǎn)品，與國(guó)外名牌產(chǎn)品還有較大差距。

　　鏈傳動(dòng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀

　　國(guó)內(nèi)已開(kāi)展了對(duì)滾子鏈、齒形鏈、Hy-Vo齒形鏈的疲勞壽命分布規(guī)律的研究，如：威布爾分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布等。開(kāi)展了高速多次沖擊疲勞破壞的微觀分析研究，開(kāi)展了直線疲勞、回轉(zhuǎn)疲勞、高周疲勞、低周疲勞的理論研究和試驗(yàn)研究。

　　磨損機(jī)制及其失效機(jī)理的研究對(duì)于打造名牌鏈條產(chǎn)品是至關(guān)重要的，磨損歷來(lái)是鏈條產(chǎn)品最敏感而又最易察覺(jué)到的技術(shù)指標(biāo)之一。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)展了滾子鏈、齒形鏈和Hy-Vo齒形鏈磨損失效機(jī)理的研究，微觀分析了磨粒磨損、疲勞磨損、粘著磨損、微動(dòng)磨損、腐蝕磨損等主要磨損機(jī)制，探討了接觸疲勞裂紋的生成、擴(kuò)展與剝落的動(dòng)態(tài)過(guò)程以及循環(huán)硬化與循環(huán)軟化特性，研究了微動(dòng)磨損與鏈節(jié)聯(lián)結(jié)牢固度（壓出力、松動(dòng)扭矩）動(dòng)態(tài)特性的相關(guān)性。隨著市場(chǎng)對(duì)鏈條產(chǎn)品耐磨性能的要求不斷提高（≤1%），全面系統(tǒng)地研究鏈條產(chǎn)品的磨損特性勢(shì)在必行。做為一種技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)展高速、沖擊、變速、變載等嚴(yán)酷服役條件下的磨損機(jī)制及其失效機(jī)理的研究，并探尋耐磨性能提高的重要途徑將是一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值的關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新工程。

　　當(dāng)前，已有不少鏈條產(chǎn)品，如：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈、機(jī)油泵鏈、平衡軸鏈、變速箱與分動(dòng)箱Hy-Vo齒形鏈、摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈等已逐漸引入了噪聲評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而拉動(dòng)了行業(yè)應(yīng)對(duì)這一市場(chǎng)需求的技術(shù)策略的產(chǎn)生。目前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)齒形鏈系統(tǒng)和變速箱與分動(dòng)箱Hy-Vo齒形鏈系統(tǒng)的噪聲頻譜實(shí)時(shí)分析與研究工作已經(jīng)取得了重要的階段性成果。

　　對(duì)于滾子鏈、齒形鏈和Hy-Vo齒形鏈的溫度場(chǎng)特性，國(guó)內(nèi)已開(kāi)始利用非接觸式紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量了滾子鏈、齒形鏈、Hy-Vo齒形鏈的溫度場(chǎng)特性，并同步拍攝了相關(guān)照片，計(jì)算求出了滾子鏈、齒形鏈和Hy-Vo齒形鏈各零件的溫度分布曲線，從而為滾子鏈、齒形鏈、Hy-Vo齒形鏈等在較高溫度場(chǎng)服役條件下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造提供了必不可少的重要依據(jù)。

　　由于正時(shí)齒形鏈、變速箱與分動(dòng)箱齒形鏈和Hy-Vo齒形鏈的高速、大載荷、低噪聲、強(qiáng)磨損，以及速度與載荷的交變特性，表明了上述齒形鏈傳動(dòng)系統(tǒng)已突破了常規(guī)意義下的鏈傳動(dòng)領(lǐng)域，從而使其嚙合機(jī)理的研究、復(fù)雜約束邊界條件下的剛?cè)狍w多軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及其產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、失效模式及其分析等，構(gòu)成了學(xué)科和行業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題和重要的前沿研究領(lǐng)域。

　　近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者和鏈條企業(yè)對(duì)CVT無(wú)級(jí)變速器鏈也進(jìn)行了相關(guān)的研究與研發(fā)。杭州東華鏈條集團(tuán)有限公司于2013年負(fù)責(zé)承擔(dān)了工業(yè)與信息化部的CVT無(wú)級(jí)變速器鏈工業(yè)強(qiáng)基項(xiàng)目。

　　隨著市場(chǎng)需求的變化，鏈條產(chǎn)品系列也呈現(xiàn)了多元化趨勢(shì)，在鏈條節(jié)距方面，在小節(jié)距范圍內(nèi)插入了新的標(biāo)準(zhǔn)的或非標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)距，使小節(jié)距分布更密，更適用于不同工況的傳動(dòng)，呈現(xiàn)了“個(gè)性化”特征；在尺寸相同或相近的條件下，還派生出一系列不同疲勞強(qiáng)度、不同拉伸強(qiáng)度甚至不同磨損性能的變異產(chǎn)品。

　　國(guó)內(nèi)多家企業(yè)通過(guò)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合成功研發(fā)了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈、機(jī)油泵鏈、燃油泵鏈、共軌泵鏈、平衡軸鏈、變速箱與分動(dòng)箱齒形鏈和Hy-Vo齒形鏈及其系統(tǒng)以及軍用車輛鏈、航空用齒形鏈等新產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化的預(yù)期；同時(shí)，行業(yè)內(nèi)多家重點(diǎn)骨干企業(yè)分別承擔(dān)了國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部、工業(yè)與信息化部的科研項(xiàng)目、工業(yè)強(qiáng)基專項(xiàng)和成果推廣項(xiàng)目，還分別承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家科技部的科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目。浙江的三家鏈條企業(yè)還分別承辦了省級(jí)博士后科研工作站，與吉林大學(xué)、浙江大學(xué)等聯(lián)合培養(yǎng)了4名博士后，探索并初步建立了產(chǎn)學(xué)研一體化的新模式。這些都為企業(yè)乃至行業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)和技術(shù)發(fā)展奠定了必要的基礎(chǔ)。

　　但是，應(yīng)該指出，目前國(guó)內(nèi)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面，還處于自主研發(fā)與仿制開(kāi)發(fā)的并行階段，雖然也取得了許多具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研究成果，自主研發(fā)了許多新型鏈條產(chǎn)品，但距離國(guó)際先進(jìn)水平還有較大差距，還沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變。

　　技術(shù)創(chuàng)新——建議與展望

　?。?）行業(yè)內(nèi)應(yīng)重點(diǎn)建設(shè)好目前已獲批準(zhǔn)的3家國(guó)家級(jí)企業(yè)技術(shù)中心和5家具有較高技術(shù)水平和較強(qiáng)研發(fā)活力的以企業(yè)為主體的省級(jí)技術(shù)中心或研發(fā)中心，自主申報(bào)或與高等院校、科研院所聯(lián)合申報(bào)各類國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目。同時(shí)，爭(zhēng)取在“十三·五”期間，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研一體化的緊密合作和行業(yè)資源共享的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合與充分整合，條件成熟時(shí)可籌建并聯(lián)合申報(bào)全行業(yè)的國(guó)家級(jí)高速鏈傳動(dòng)工程技術(shù)研究中心，打造行業(yè)的公共技術(shù)平臺(tái)，建立行業(yè)的核心共性技術(shù)研發(fā)體系和行業(yè)的共性技術(shù)支撐體系。

　?。?）培養(yǎng)一批知識(shí)結(jié)構(gòu)、專業(yè)結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)、年齡結(jié)構(gòu)合理、熱愛(ài)行業(yè)、熱愛(ài)企業(yè)的工程技術(shù)人員隊(duì)伍、重點(diǎn)骨干企業(yè)應(yīng)培養(yǎng)和造就本企業(yè)的技術(shù)領(lǐng)軍人物和專家型研發(fā)人員，改變目前許多重點(diǎn)骨干企業(yè)缺乏中高端技術(shù)人才（特別是缺乏高端技術(shù)人才和技術(shù)領(lǐng)軍人物）的狀況，有條件的企業(yè)應(yīng)積極申報(bào)國(guó)家級(jí)博士后工作站，從而為行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和自主創(chuàng)新奠定堅(jiān)實(shí)的人才基礎(chǔ)。

　　（3）行業(yè)應(yīng)進(jìn)一步推廣應(yīng)用與主機(jī)廠同步研發(fā)的并行設(shè)計(jì)技術(shù)，并有序開(kāi)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析技術(shù)、嚙合機(jī)理分析、外嚙合+內(nèi)-外復(fù)合嚙合齒形鏈和Hy-Vo齒形鏈的有序排列規(guī)律、雙相鏈傳動(dòng)機(jī)理及其設(shè)計(jì)技術(shù)、新型齒形鏈和Hy-Vo齒形鏈的變異原理及其設(shè)計(jì)技術(shù)、鏈傳動(dòng)失效模式及其分析技術(shù)等項(xiàng)目的研究和應(yīng)用，建立相關(guān)的可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)，從而提高科學(xué)技術(shù)對(duì)行業(yè)經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)率。同時(shí)，深入研究噴丸、擠孔、強(qiáng)化預(yù)拉等對(duì)鏈條產(chǎn)品性能的影響規(guī)律，提出有利于產(chǎn)品升級(jí)換代的新工藝、新技術(shù)。

　　（4）應(yīng)基于國(guó)際和國(guó)內(nèi)兩大市場(chǎng)的需求，以配套、維修、出口協(xié)調(diào)均衡的多元化途徑，以系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和專業(yè)化生產(chǎn)的模式，適時(shí)調(diào)整我國(guó)的鏈條產(chǎn)品結(jié)構(gòu)?；阪渹鲃?dòng)行業(yè)的技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)與配套狀況以及市場(chǎng)前景，建議： 2015~2020年鏈傳動(dòng)行業(yè)需要重點(diǎn)關(guān)注與研發(fā)的核心基礎(chǔ)零部件產(chǎn)品為：高強(qiáng)度耐腐蝕鏈、高品質(zhì)農(nóng)機(jī)鏈、高耐磨摩托車鏈、大功率汽車發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)鏈系統(tǒng)（含正時(shí)鏈、鏈輪、阻尼板、張緊板、張緊器等），大功率船用發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)鏈、變異Hy-Vo齒形鏈系統(tǒng)（含變異Hy-Vo齒形鏈、鏈輪），CVT無(wú)級(jí)變速器鏈，雙相傳動(dòng)Hy-Vo齒形鏈系統(tǒng)（含雙相傳動(dòng)Hy-Vo齒形鏈、雙相傳動(dòng)交錯(cuò)齒鏈輪）等。

　?。?）研究適用于冶金、水泥、農(nóng)機(jī)、船舶、石油化工等行業(yè)的高溫、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)磨損鏈條的服役條件及其失效機(jī)理，研制能夠模擬嚴(yán)酷服役條件的科學(xué)、實(shí)用的專用試驗(yàn)設(shè)備或試驗(yàn)裝置，研究與分析不同工況下潤(rùn)滑油以及其它各種介質(zhì)的屬性及其對(duì)鏈條產(chǎn)品主要性能和可靠壽命的影響規(guī)律，提出適用于高溫、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)磨損鏈條的新材料、新工藝和新技術(shù)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和核心競(jìng)爭(zhēng)力的我國(guó)特種鏈條的品牌系列和有代表性的研發(fā)生產(chǎn)基地。這是一項(xiàng)具有前瞻性的共性技術(shù)研究工作。

　　（6）研制高速多軸鏈傳動(dòng)系統(tǒng)和變速箱、分動(dòng)箱鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的模擬試驗(yàn)臺(tái)，實(shí)時(shí)分析具有多約束邊界條件下的高速多軸鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲頻譜和溫度場(chǎng)特性，試驗(yàn)研究和仿真分析系統(tǒng)的接觸動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、試驗(yàn)規(guī)范和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。

　?。?）建立新型齒形鏈和新型Hy-Vo齒形鏈的系列型譜，推進(jìn)產(chǎn)品的升級(jí)換代，顯著降低我國(guó)鏈傳動(dòng)行業(yè)對(duì)國(guó)外技術(shù)的依存度，爭(zhēng)取在“十三·五”末期使我國(guó)在這一領(lǐng)域內(nèi)的研發(fā)水平、制造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國(guó)際較先進(jìn)水平。

　?。?）研究鏈輪新齒形，重點(diǎn)研究多粉塵、劇烈沖擊、重載工況下的套筒滾子鏈鏈輪新齒形、齒形鏈和Hy-Vo齒形鏈鏈輪新齒形，粉末冶金鏈輪新齒形、多相傳動(dòng)用交錯(cuò)齒鏈輪新齒形，從嚙合機(jī)理入手，研究具有大負(fù)變位的漸開(kāi)線齒形和其他新齒形，研究基于不同模數(shù)、不同壓力角的嚙合設(shè)計(jì)及其參數(shù)變換原理，研究加工特殊齒形的滾子鏈鏈輪滾刀、插齒刀和加工大負(fù)變位漸開(kāi)線齒形的齒形鏈鏈輪以及Hy-Vo齒形鏈鏈輪滾刀、插齒刀的設(shè)計(jì)方法和檢驗(yàn)方法。

　?。?）采取國(guó)內(nèi)外、行業(yè)內(nèi)外聯(lián)合與協(xié)作的方式，研制新一代的制鏈成套設(shè)備，重點(diǎn)研制具有預(yù)彎功能的新型套筒、滾子卷管機(jī)、套筒自動(dòng)定向裝配機(jī)、新型腰鼓形滾子多工位高精度冷擠機(jī)、研制鏈板的多工位高速多顆級(jí)進(jìn)模全光亮沖裁新工藝，研制智能化的具有自動(dòng)組裝、擠孔、鉚頭、缺件檢驗(yàn)、靈活性檢驗(yàn)、預(yù)拉跑合、拆節(jié)和“環(huán)接”以及中心距在線檢測(cè)等多功能的鏈條自動(dòng)裝配生產(chǎn)線，研發(fā)Hy-Vo齒形鏈異形銷軸的加工設(shè)備與技術(shù)，研制Hy-Vo齒形鏈的組裝設(shè)備，研發(fā)鏈條零件硬度的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，研制鏈條銷軸的金屬?gòu)?fù)合滲的設(shè)備與“個(gè)性化”技術(shù)，研制CVT無(wú)級(jí)變速器鏈自動(dòng)裝配設(shè)備及焊接技術(shù)等，以改變目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的“設(shè)備與專機(jī)較陳舊、工藝水平、專業(yè)化和自動(dòng)化程度較低、勞動(dòng)生產(chǎn)率較低”的“離散化”生產(chǎn)模式，真正實(shí)現(xiàn)“以機(jī)代人”的具有智能化特征的新的生產(chǎn)模式。同時(shí)，上述設(shè)備、專機(jī)和檢測(cè)儀器的研制是鏈條產(chǎn)品上檔次、上水平的重要保證。

　　（10）研發(fā)新一代智能化鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、倍速輸送機(jī)和高性能斗式提升機(jī)以及高溫、腐蝕、粉塵等嚴(yán)酷服役條件下的新型鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，滿足主機(jī)廠的迫切需求，進(jìn)一步打造和強(qiáng)化集主機(jī)機(jī)構(gòu)、附助裝置、自動(dòng)控制以及輸送與傳動(dòng)鏈條為一體的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)模式。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　行業(yè)的技術(shù)發(fā)展歷程表明，作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的鏈傳動(dòng)行業(yè)同樣也有其高層面的前沿研究領(lǐng)域，問(wèn)題在于能否把握住技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，能否構(gòu)建具有前瞻性的行業(yè)和企業(yè)以及研究院所的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，能否實(shí)現(xiàn)多學(xué)科交叉、關(guān)鍵技術(shù)的聯(lián)合攻關(guān)、核心技術(shù)的自主創(chuàng)新?？梢韵嘈?，在“中國(guó)制造2025”規(guī)劃的引領(lǐng)下，在工業(yè)強(qiáng)基和加強(qiáng)核心基礎(chǔ)零部件發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略指引下，通過(guò)行業(yè)的共同努力，以企業(yè)為主體，走“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合和強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合之路，運(yùn)用技術(shù)創(chuàng)新手段，實(shí)施系統(tǒng)集成開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略，一定會(huì)不斷地研發(fā)出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新理論、新方法，形成行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)學(xué)科與行業(yè)、學(xué)術(shù)與技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的共贏。