多點拓撲構形嚙合管齒輪傳動理論及實驗研究

《多點拓撲構形嚙合管齒輪傳動理論及實驗研究》是依託重慶大學，由陳兵奎擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多點拓撲構形嚙合管齒輪傳動理論及實驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳兵奎
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

以齒輪傳動發展的學科前沿及國家重大需求為背景，圍繞高品質齒輪傳動發展的關鍵，在共軛曲線嚙合原理和單點接觸嚙合管齒輪理論創新研究的基礎上，開展多點拓撲構形嚙合管齒輪傳動理論及實驗研究。研究多點接觸拓撲結構成型機理，建立多點拓撲構形嚙合管齒面構建方法，揭示多點拓撲構形嚙合管齒面的一般嚙合規律及性質；提出多點拓撲構形嚙合管齒輪傳動，形成完整的共軛曲線理論體系，建立多點嚙合管狀齒面主動設計與最佳化理論，評估其靜/動力學特徵與性能，揭示複雜硬齒面高效精密磨削成形機理，完成原理樣機與性能評價試驗。項目的實施將進一步豐富現有齒輪嚙合理論，開拓齒面構建理論與方法研究的新領域，為齒輪傳動的跨越發展提供新的學術思想；新型具有多點拓撲構形嚙合管齒輪具有高強度、高效率等突出優點，預期具有廣泛套用前景。

結題摘要

本項目圍繞多點接觸嚙合管齒面成型原理及設計製造關鍵技術問題，開展多點接觸嚙合管齒輪基本理論及實驗研究。對嚙合管齒面的相對運動速度以及法矢量的關係進行了研究，在此基礎上推導出嚙合方程及嚙合線方程；對嚙合管齒面的幾何特性進行了研究，提出共軛曲線的密切面建模方法及密切面方程；對共軛曲線接觸的唯一性、同一性以進行研究，提出共軛曲線曲率及撓率的一般計算方法。根據微分幾何進行嚙合管齒面上接觸點的誘導法曲率計算，提出避免齒面干涉的一般方法；綜合分析齒形參數、幾何參數與輪齒齒廓特性的關聯模型，獲取參數設計基本數據。建立齒輪傳動系統的微分動力學模型，確定齒面基本變形協調方程及接觸橢圓相關參數；結合有限元仿真對嚙合管齒面的接觸應力、等效應力及接觸變形進行分析。根據嚙合管齒面特性提出砂輪截形計算及齒面誤差評定方法，並進行齒輪樣機試製。對嚙合管齒輪的傳動效率、承載能力以及傳動平穩性等指標進行了驗證，結果表明在相同實驗條件下，多點接觸拓撲結構嚙合管齒輪具有更高的傳動效率和更高的承載能力。本項目通過對點接觸嚙合管齒輪基本理論的延伸，提出了點接觸線面共軛齒輪副，對線面共軛嚙合的基本原理進行了數學描述，推導了線面共軛嚙合齒輪副的接觸跡線、嚙合方程、共軛曲線方程以及齒輪齒面方程。該齒輪副具有滑動率小、對誤差適應能力強等突出優點，相關研究成果已納入中國空間站（未來將是我國獨有，世界唯一的空間站）型號工程，預計2022年發射升空。本項目共申請獲權發明專利10項，其中申請國際發明專利（歐洲地區）3項，申請國內發明專利7項，申請的國內發明專利中3項已獲授權；發表且已被錄用論文13篇，其中SCI檢索論文8篇；培養博士後2名，博士研究生4名，碩士研究生6名。