变传动比面齿轮啮合传动的设计理论与制造技术研究

A variable transmission ratio face gear drive is proposed in the project, which is a new special gear drive that can transfer variable ratio motion and power between the intersecting shafts and has the characteristic of transferring the composite transmission which comprises rotation and axial movement and the characteristic of both face gear and noncircular bevel gear on kinematics and geometry. The batch production of variable transmission ratio face gear that utilizes existing machine and cutter is feasible due to the more easily design and manufacturing methods ,and the vacancy of gear transmission was added. Meshing characteristics, transmission principle , carrying capacity and manufacturing method of variable transmission ratio face gear drive are researched base on the Space meshing theory, modern design theory, and the problems of mesh theory, design and manufacturing are solved, the basic design criterion of variable transmission ratio face gear drive is established, and processing technic and key measuring technique are explored, foundation of engineering application of variable transmission ratio face gear drive is laid bases on this research. Revolutionary progress will be acquired in basic theories, design, manufacturing, measurement and application of variable transmission ratio face gear drive by this research. variable transmission ratio face gear drive can be used in box of tricks of automotive vehicles, robots, agricultural machinery, textile machinery and other mechanism which need variable ratio motion and power between the intersecting shafts, and supplies a new transmission which is small in size , effective, reliable, long-lived, excellent load capacity for Aero-Space, manufacturing industry, light industry , national defense equipment and so on, it has special significance in the theory and potential application prospect.

本项目提出了一种变传动比面齿轮传动，属于一种新型特殊的齿轮传动，用于传递相交轴间的变传动比运动与动力，具有传递旋转运动及轴向移动的复合传动特点；在运动学、几何学等方面还具有面齿轮和非圆锥齿轮传动的二重特性，同时其设计、加工制造方法更为简单，可利用现成的机床和刀具实现批量生产,补充了齿轮传动类型的空缺。本项目运用空间啮合原理、现代设计理论和方法，对啮合特性、传动机理、承载能力及制造方法进行研究，解决啮合原理、设计、制造等相关问题，建立该齿轮传动的基本设计准则和方法，探索加工工艺及测量关键技术，为其工程应用奠定基础。通过研究，预计在变传动比面齿轮传动的基本理论、设计、制造、测量及应用等方面将取得突破性的进展。可应用于汽车、工程机械差速器及具有该特殊要求的执行机构中，为航空航天、制造业及国防装备等领域，提供具有体积小、高效、可靠、长寿命及承载能力强的新型传动，具有重要的理论意义及潜在的应用前景。

随着科学技术及机械制造业的迅速发展，对齿轮传动机构的要求越来越复杂化及多样化，在20 世纪初提出了非圆齿轮传动。非圆锥齿轮传动作为一种新型的空间非圆齿轮机构，可实现传递相交轴间的变传动比运动与动力，适用于工程机械、农行机械、汽车、变量齿轮泵等有特殊要求的传动场合。在对非圆锥齿轮传动的研究基础上，本项目提出了一种新型的相交轴变传动比齿轮机构—正交非圆面齿轮副(称为端曲面齿轮副)。端曲面齿轮传动(包括正交非圆面齿轮传动和变传动比面齿轮传动)由非圆柱齿轮和端曲面齿轮相互啮合组成，具有与非圆齿轮、面齿轮和端面凸轮相同的三重特性，补充了齿轮传动类型的空缺。.本项目以端曲面齿轮传动为研究对象，以创新设计理论、方法与实验为目标，采用空间啮合原理、齿轮时变包络啮合理论、现代设计等相关理论及方法，对端曲面齿轮传动的时变啮合传动原理、设计准则、时变啮合传动特性、承载能力、制造方法、几何测量与评价及实验验证等进行了研究。建立了该齿轮传动的基本设计准则、时变啮合传动特性和承载能力等分析方法，探讨了该齿轮的加工制造工艺及测量与评价等关键技术。解决了该齿轮传动的机理、设计、承载、制造、测量评价及实验等相关问题。揭示了该齿轮传动的运动学、力学、几何学和动力学等时变啮合传动的运动规律及变化关系。验证了端曲面齿轮传动原理及形式、齿形设计、强度校核、加工与检测方法的正确性。开发了该齿轮传动的设计与分析系统，研制了两代变速器样机，探索了端曲面齿联轴器、端曲面齿轮—连杆复合机构和端曲面齿轮复合运动机构等几种潜在应用。项目研究与人才培养结合，培养博士生、硕士生及本科生38人，取得了一定的社会效益。在国内外学术刊物和国际学术会议上发表了研究论文42篇，其中SCI收录13篇，EI收录19篇，申请发明专利6项，其中授权3项。完善及拓展了端曲面齿轮传动，取得突破性的进展，具有重要的理论意义，为工程应用奠定了基础，具有潜在的应用前景。