相交轴变传动比复合传动齿轮副设计理论及实验研究

This project presents a new type of orthogonal axis variable transmission ratio composite transmission gear pair, it can transmit non-constant speed motion and power between intersecting axes, it can achieve the function of transmit the rotation to the composite motion of rotation and axial movement. It has the characteristics of both non-circular gear and curve-face gear. The composite transmission gear pair can replace or simplify the existing complex drive mechanism, it has higher reliability, supplemented the vacancy of non-circular gear composite transmission mechanism between intersecting axes. This project using the principle of space engaging, higher mechanism and the modern design theory and method, carry out continued research on engaging features, composite transmission mechanism and the carrying capacity, solve the relative problem of engagement principle, design, test and application of composite transmission, set up the design theroy, design criteria and method of the composite transmission gear pair, lay the foundation for its engineering applications. Through researching, it is expected to achieve a breakthrough on the aspect of space conjugate meshing mechanism, transmission mode, strength check, new composite drive transmission development and experiments applied research of orthogonal axis variable transmission ratio composite transmission gear pair. The gear pair can be promoted in the field of aerospace, deep-sea exploration and oil drilling equipment, manufacturing equipment industry, agricultural machinery, engineering machinery, robot and other fields. It has important theoretical significance and potential prospect of applications.

本项目提出了一种新型相交轴变传动比复合传动齿轮副，具有传递两相交轴间的变传动比比运动和动力，可实现变传动比旋转运动和轴向往复移动的复合传动特点，同时具有非圆锥齿轮传动和端曲面齿轮传动的二重特性。该复合传动齿轮副可替代或简化现有的复杂传动机构，可靠性更高，补充了相交轴间的非圆齿轮复合传动机构的空缺。本项目采用空间啮合原理、高等机构学、现代设计理论和方法，对其啮合特性、复合传动机理及承载能力开展系统的持续研究，解决复合传动啮合原理、设计、实验及应用等相关问题，建立该复合传动齿轮副的设计理论、准则和方法，为其工程应用奠定基础。通过研究，预计在相交轴变传动比复合传动齿轮副的空间共轭啮合机理、传动模式、强度校核、新型复合传动变速器开发与实验应用研究等方面将取得突破性的进展。可在航空航天、深海探测及石油钻井设备、制造装备业、农业机械、工程机械及机器人等领域推广应用。具有重要的理论意义及潜在的应用前景。

随着科学技术的快速发展，机械传动领域涌现许多新型传动形式，现有高端重要装备中某些特殊功能需要机构实现复合传动，传统采用机械组合机构或机电液磁组合等方法实现复合传动。而空间齿轮复合传动机构是新型的纯机械齿轮复合传动形式之一。在非圆锥齿轮传动、端曲面齿轮传动等研究基础上，提出了空间齿轮复合传动机构，分为力锁合（非圆锥齿、端曲面齿、偏心斜齿）或形锁合（偏心弧齿、偏心人字齿）等两类空间齿轮复合传动机构，具有传递两相交轴间的变传动比复合运动和动力，可实现变传动比旋转运动和轴向往复移动的复合传动特点，同时具有非圆锥齿轮、端曲面齿轮和空间凸轮等三重传动特性，补充了空间齿轮复合传动类型的空缺。简化了装备机构的传动链，提高了传动效率，满足轻量化设计，在航空航天、工程及农业机械、汽车行业、智能机械及机器人等领域，具有重要的理论意义及潜在的应用前景。.本项目以空间端曲面齿轮复合传动为主要研究对象，采用空间啮合原理、高等机构学、创新设计等相关理论及方法，对空间端曲面齿轮复合传动的时变啮合及局部螺旋原理、复合传动匹配模式及轮齿构形、时变滑移特性、承载及动态特性、检测评价及实验等开展了系统的研究。解决了空间齿轮复合传动原理、设计、检测及实验等相关问题，构建了空间齿轮复合传动的设计理论及准则、动静态效率及寿命预测、动态承载能力等分析方法，揭示了空间齿轮复合传动的时变啮合机理、运动学、动力学等运动规律及变化关系；开发了设计与分析软件系统，研制了空间齿轮复合传动变速器样机；验证了空间齿轮复合传动原理、模式、分析及设计方法的正确性。探究了空间遥感相机精密调焦机构、轴向柱塞泵、端曲面齿轮复合冲击钻等几种潜在应用。.本项目研究出版专著作1本，发表研究论文34篇，申请授权发明专利6项；培养博士生、硕士生及本科42人，指导研究生获重庆市、校优秀博士/硕士学位论文5本，本研究取得突破性的进展，具有重要的理论意义及潜在的应用价值。