章动活齿传动的设计制造技术研究

本项目从章动现象和活齿传动两方面入手，在锥齿少齿差行星传动的基础上，以滚动副钢球为中介体并替代锥齿，借助回转变换矩阵演绎并提出章动活齿传动的啮合原理和传动特点，进而给出章动活齿传动的设计理论和方法，从根本上解决了锥齿少齿差传动中内锥齿轮加工困难的问题，具有结构简单、体积小、零件少、传动比大、承载能力大和无输出机构等优点。通过建立适用于新型传动的受力分析理论和方法，并对主要受力零件进行有限元分析和动力学计算，深入地研究固定盘和转动盘齿廓曲线的加工方法和制造工艺，提出合理的制造技术，由协作单位制造出满足条件的高性能样机，并通过综合性能测试来验证理论的正确性，使这一新型传动的实用价值和优越性得以体现。本项目的研究成果对于促进我国机械传动领域的发展，特别是对于提高章动齿轮传动的技术水平具有深远的意义，将其应用于各工业部门，必将创造极大的经济效益。

章动活齿传动是在锥齿少齿差行星传动的基础上，以活齿为中介体并替代锥齿而形成的一种新型空间活齿传动，具有结构简单、体积小、零件少、传动比大、承载能力大和无输出机构等优点。本项目对章动活齿传动中的设计理论及制造技术进行了较为深入地研究，并通过协作单位圆满完成了样机的试制及检测，通过台架实验验证了理论的正确性，为进一步研究空间活齿传动特性及章动活齿传动的工程应用提供重要的理论依据和技术指导。具体研究包括：第一，从章动运动的基本原理出发，提出章动活齿传动的基本结构；给出活齿啮合副的构型设计方案；利用转角差法及转化机构法分别推导出章动活齿传动的传动比计算公式；根据Euler运动学方程及动力学方程，完成了章动活齿传动的空间运动分析。第二，针对滚珠齿和滚锥齿两种型式章动活齿传动，运用空间啮合原理，首次推导出固定中心盘和转动中心盘的齿廓曲面方程；行星轮活齿轮与固定中心盘及转动中心盘的接触线方程；给出了界限曲线方程以及诱导法曲率计算公式；分析了接触线形状和啮合区位置；给出了行星轮活齿轮与固定中心盘及转动中心盘啮合时的压力角计算公式，并引入传动参数,给出了传动参数对啮合特性的影响规律。第三，根据结构力学的有关理论建立受力分析的数学模型，分析啮合副的受力状态，确定活齿与中心轮间的接触应力计算力学模型，提出章动活齿传动接触强度的设计校核方法。考虑到传动系统中的模糊性及随机性，借助模糊数学的有关理论方法首次完成了章动活齿传动接触强度的模糊可靠性设计分析。第四，借助数字化设计与制造技术，完成章动活齿传动的数字化设计及运动仿真、关键件的数控加工模拟仿真分析。第五，基于面向产品全功能和全性能的综合设计法理论体系中的评价准则和广义质量指标，综合考虑现代机械产品质量的评价指标方法，采用多级模糊评价和层次分析法相结合的综合评价方法，首次对章动活齿传动这一新型传动进行设计质量的综合评价方法研究。第六，深入地研究了中心盘、倾斜轴以及章动行星轮等关键件的加工方法和制造工艺，在保证加工精度的情况下，提出合理的制造技术并完成加工样机的检测及实验分析，验证了理论及技术的正确性。