精密重载变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动研究

The precision and heavy-load transmission pair is a key foundation part. Investigating the high performance precision and heavy-load transmission pair conforms to the national strategic development planning and market demand, and has vital significance to the revitalization of China's equipment manufacturing base component industry and machinery industry. A precision and heavy-load involute beveloid gear enveloping hourglass worm drive is proposed in this project. The novel worm drive is consisted of an involute beveloid gear and an hourglass worm generated by the involute beveloid gear surface. This worm drive belongs to the single-enveloping hourglass worm drive, with multi-tooth line contact and high-load carrying capacity. The tooth surface of this worm drive can be precisely manufactured. The backlash can be adjusted and the wear can be compensated through moving the involute beveloid gear along the axial direction. This project focuses on the basic theory of the novel precision and heavy-load worm drive. The investigations include the meshing geometry, meshing performance, backlash adjustment method and wear compensation principle, tooth surface precision manufacturing and testing technology. It will form the new design, manufacturing and testing technologies for this novel worm drive. The prototype will be manufactured, and the performance of bearing capacity and transmission precision will be accessed through prototype testing. Theoretical and experimental research of this project will lay the foundation for the industrial application of this novel worm drive.

精密重载传动副是一种典型的关键基础件。研究高性能精密重载传动副符合国家的战略发展规划和市场需求，对振兴我国装备制造业及机械基础部件产业具有重要意义。提出一种高精度高承载的变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动，由一变齿厚渐开线齿轮与以其为母面包络形成的环面蜗杆相啮合形成。该传动属于一次包络环面蜗杆传动，有多对齿同时啮合、承载能力高；传动副齿面可实现高精度加工；通过轴向移动变齿厚渐开线齿轮，可实现齿侧间隙的调整及齿面磨损量的补偿。本项目拟重点针对该新型精密重载蜗杆传动副的基础理论开展研究，包括传动副的啮合几何学、啮合性能、侧隙调整方法及磨损量补偿原理、齿面高精加工工艺及检测技术，形成该新型传动副的设计、制造及检测等核心技术；研制传动副样机，通过样机性能试验检测其承载能力及传动精度等，获取传动副的基础性能数据，为其工业应用奠定基础。

在《中国制造2015》的战略规划下，高速滚齿机及硬齿面滚齿机等机床中的分度装置、高速电梯中的曳引机减速器、舰艇的倾摆系统、雷达及高速精确打击火炮中的俯仰-回转系统等主机系统对精密传动装置性能要求越来越高，迫切需要探索发展精密驱动与传动的新原理和新方法。本项目提出一种高精度高承载的变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动，由一变齿厚渐开线齿轮与以其为母面包络形成的环面蜗杆相啮合形成。该传动属于一次包络环面蜗杆传动，有多对齿同时啮合、承载能力高；传动副齿面可实现高精度加工；通过轴向移动变齿厚渐开线齿轮，可实现齿侧间隙的调整及齿面磨损量的补偿。. 项目以精密重载变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动为研究对象，以创新设计理论、方法与实验为目标，采用微分几何理论、空间啮合原理、虚拟回转中心原理、现代设计等相关理论及方法，对传动副的啮合几何学、啮合性能、侧隙调整方法及磨损量补偿原理、齿面高精加工工艺及检测技术、样机研制及试验等进行了研究。建立了精密重载变齿厚渐开线齿轮包络环面蜗杆传动的啮合几何学理论和相关数学模型，分析了主要几何参数对传动副宏微观啮合性能的影响规律，论证了传动副齿侧间隙精密调整和齿面磨损量精密补偿方法，突破了环面蜗杆齿面高效精密以车代磨加工的关键技术，提出了环面蜗杆齿面在线检测及修正加工方法及其机床控制原理，研制了精密重载环面蜗杆传动副样机并进行了相关传动性能试验，获取了传动副的基础性能数据。. 本项目在国内外学术刊物发表SCI 收录期刊论文5篇、EI 收录期刊论文7篇，国际学术会议论文2篇，申请发明专利8项，其中授权4 项，参编学术论文集1册，撰写战略性研究报告1份，参加国际国内研讨会4次，受邀做主题报告1次。. 通过本项目的研究，完善及拓展了蜗杆传动，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，在光伏发电和光热发电等精密重载领域具有潜在的应用前景。