线齿轮副的润滑理论与技术基础

Line Gear (LG) and its theory have been invented and studied by the applicant. From those geometrical characteristics of LG pairs for regular transmission, by using of differential geometry, numerical method, elastic mechanics, and the finite element theory, to analyze these characteristics of contact mechanics and kinematics of LGs, this proposal aims to study lubrication behaviors of LGs friction pair in various load and speed , point contact, sliding rate as a time-varying parameter, on the basis of classical point contact elastohydrodynamic lubrication theory model, namely, from Hamrock and Dowson elliptical contact lubrication state diagram, by using of correction coefficients. The corrected mathematical models for lubrication and the film thickness formulas will be deduced, in consideration of various lubrication states covering boundary lubrication, mixture lubrication, full film elastohydrodynamic lubrication. Then, related lubrication solutions will be proposed and researched, and those basic data on lubrication, fatigue and life of LGs frication pair will be obtained by a series of experimental studies. This project will provide fundamental of lubrication theory and technology for the application of LGs. LG gearbox is broadly applicable to general industry, medical apparatus and instruments, national defence industry, aeronautics and astronautics industry, instrument and apparatus industry, toy industry, and so on. It is suitable to lightweight and miniaturization transmission device development for various kinds of machines.

申请者前期发明研究了线齿轮及理论。本项目拟从常规传动应用的线齿轮副几何学特点出发，应用微分几何、数值方法、弹性力学和有限元理论，分析线齿轮副接触力学和运动学特性，以经典点接触弹流润滑理论模型为基础，参考Hamrock和Dowson的椭圆接触润滑状态图，针对线齿轮传动系统几十至几百的大传动比导致低速级线齿轮和高速级线齿轮速度和载荷差异很大的特点，研究线齿轮副在各种载荷和速度下、点接触、啮合点滑动率为时变参数的润滑行为，定义和求解各修正系数，系统地研究建立其边界润滑、混合润滑、全膜弹流润滑的精确理论模型和膜厚公式，进而研究提出润滑技术方案，并通过实验研究得到线齿轮副的润滑、疲劳强度和寿命相关的基础数据，为线齿轮应用提供系统的润滑理论和技术基础。线齿轮将广泛地应用于一般工业、医疗器械、国防工业、航空航天、仪器仪表、玩具业等，适合于各类机械的轻量化和微小化传动装置开发。

申请者前期发明研究了线齿轮及其设计理论。本项目从常规传动应用的线齿轮副几何学特点出发，应用了微分几何、数值方法、弹性力学和有限元理论，综合分析了线齿轮副接触力学和运动学特性。以经典点接触弹流润滑理论模型为基础，参考Hamrock和Dowson的椭圆接触润滑状态图，针对线齿轮传动系统几十至几百的大传动比导致低速级线齿轮和高速级线齿轮速度和载荷差异很大的特点，研究线齿轮副在各种载荷和速度下、点接触、啮合点滑动率为时变参数的润滑行为，定义和求解各修正系数，系统地研究建立其边界润滑、混合润滑、全膜弹流润滑的精确理论模型和膜厚公式，进而研究提出了润滑技术方案，并通过实验研究得到线齿轮副的润滑相关的基础数据，为线齿轮应用提供系统的润滑理论和技术基础。本项目按计划顺利完成，共计发表和录用了期刊论文22篇，包括SCI期刊论文14篇；申请专利30件，授权专利17件；包括申请PCT和美国专利5件；培养了15名研究生。在本项目的支持下，课题组开发了一种常规尺度线齿轮传动试验台和微小型线齿轮传动试验台，实现了线齿轮的性能测试功能。本项目拓展研究了线齿轮的加工方法，研发了线齿轮专用加工机床，适合常规尺寸的不同种类的线齿轮的加工。研发了两款线齿轮减速器产品，其特点是传动比大，轻量化。在本项目的支持下，项目负责人2017年4月申请获得“广东省佛山市南海区蓝海人才计划” 创新创业团队项目（A类），2018年成功开发出世界第一台套“线齿轮专用数控加工铣床”。未来，线齿轮将广泛地应用于一般工业、医疗器械、国防工业、航空航天、仪器仪表、玩具业等，适合于各类机械的轻量化和微小化传动装置开发。