面齿轮分支传动系统的均载理论与设计技术研究

The application of face gear in aircraft power split transmission has an important significance for advancing the technology of helicopter power transmission in our country. The project aims to resolve the problems of the theory and technique of split path transmission system by face gears. On basis of geometry theory and tooth contact analysis of face gear drive, a new gear drive by spur and face gear with various spiral angle is to be researched, the simulating method of tooth contact of the floating spur with face gear and mathematical model of split path transmission system by face gears are to be created, the influences of manufacturing and mounting errors, bearing deformations and floating clearance of spur on the load sharing are to be analyzed. By using the space meshing theory, the influences of the geometry of face gear tooth and the modification of spur tooth on the load sharing are to be researched, the optimal tooth surfaces of face gear and spur under the condition of uniform loading of each split path transmission and the grinding technique are to be researched. Further, the grinding of precision tooth surface of face gear is to be realized by using multi axis CNC machine tool and plane grinding wheel, the sample of split path transmission system by face gear drive is designed and manufactured. The experiment and verification on the load sharing of split path transmission system are made, it will lay a foundation on the theory for the application of face gear in aircraft power split transmission.

面齿轮应用于航空功率分流传动，对于提高我国直升机动力传动技术水平具有重要意义。本项目拟完成面齿轮功率分支传动相关理论与设计技术的研究，在面齿轮啮合理论与齿面接触仿真的基础上，研究一种新型的可与直齿圆柱齿轮啮合的直斜齿面齿轮的齿面展成与基本啮合理论，建立浮动结构直齿小轮与面齿轮啮合的力学模型与仿真方法，建立面齿轮传动系统多分支功率传递的静力学、动力学数学模型，分析安装误差、支撑变形、齿面制造误差、小齿轮径向、轴向支撑刚度以及浮动量对面齿轮传动系统中各分支功率分配的影响；应用空间啮合理论，研究面齿轮副的齿面设计与小轮修形对均载的影响，寻求在各分支传递功率均载条件下面齿轮的最佳齿面结构；采用多轴数控磨齿机床和平面砂轮实现高精度面齿轮磨削，加工面齿轮副样件和分支传动装置样机，进行面齿轮分支传动系统的试验和验证，为面齿轮在我国航空传动中的应用奠定理论基础。

由于面齿轮能够在功率分支传动中提高均载性能，已被国外先进工业国家成功地应用于直升机动力传动系统，显著改进了传动系统的承载能力，该项技术对于发展我国直升机动力传动技术具有重要意义。但目前面齿轮分支传动理论和技术在我国尚为空白，即使国外也鲜少见到有关面齿轮分支传动的研究文献。为此，本项目系统开展了面齿轮分支传动系统的均载理论和设计技术的研究，完成了以下工作：.（1）.基于面齿轮基本啮合理论，开发了正交标准面齿轮副的TCA、LTCA方法；在此基础上，分别研究了直齿小轮与直斜齿面齿轮的啮合理论、与直斜小轮啮合的直斜齿面齿轮的齿面展成理论与加工方法，以及直斜小轮的齿面修形与直斜齿面齿轮的加工运动补偿设计，进一步研究了非正交直斜齿面齿轮副的啮合理论与TCA、LTCA方法，分析了直斜齿面齿轮关于安装误差的容差性与敏感性。.（2）.研究了面齿轮变位原理与变位特性，建立了以提高强度为目标的面齿轮副变位系数优化设计方法；研究了以减少振动为目标的面齿轮副小轮拓扑修形优化设计方法，为设计高性能航空面齿轮传动提供了途径。.（3）.提出了基于LTCA技术的面齿轮副时变综合啮合刚度计算方法，在此基础上进行了面齿轮分支传动系统静力学建模，分析了考虑小轮浮动时面齿轮分支传动系统的均载特性；进一步建立了面齿轮分支传动系统动力学模型，分析了加工和安装误差对面齿轮分支传动系统均载性能的影响规律，计算了小轮浮动对面齿轮分支传动的均载效应，为面齿轮分支传动系统的设计提供了理论方法。.（4）.进行了试验面齿轮副样件参数设计与分支传动齿轮箱结构设计，进行了面齿轮磨齿工艺设计和仿真，进行了面齿轮齿面的实际磨齿加工，经齿面三坐标检测，精度达到6级；进行了面齿轮分支传动系统的加工与试验台安装调试，通过面齿轮分支系统在误差条件下的均载试验和小轮浮动均载效应试验，验证了本项目理论和方法的正确性。.（5）.发表期刊学术论文45篇，其中SCI检索4篇、EI检索30篇，培养博士生2名，博士后1名。.（6）.项目的部分研究成果已应用于我国直升机传动的设计。.本项目通过研究面齿轮传动的基本啮合理论，建立了面齿轮分支传动系统的静力学、动力学模型，提出了相应的设计分析方法，为面齿轮在我国航空传动中的应用奠定了理论基础。