全工序法加工超减比双曲线齿轮的双面同步成形机理及其设计方法研究

Compared with other transmission ways, super reduction hypoid gear(SRH) has incomparable advantages in terms of large speed ratio, small size, high efficiency transmission, it is gradually widely used in the high-end CNC machine tools, robots and other equipment, however, because of its structural characteristics (the difference between the number of teeth, the diameter and the cycle meshing times of pinion and gear), high sliding speed of tooth surface, and double-sided collaborative pre-control difficulty of the tooth surface contact feature with the advanced manufacturing method - completing method, the problems such as fracture, scoring, poor meshing quality, and other defects are often found, its design theory and method are difficult to meet the requirements of high performance equipment. Therefore, an integrated mechanical model of SRH gears will be developed, the optimization methodology of its structural design and dimension parameters for high strength and low sliding rate will be researched; the influence rules of the basic machine settings for two flank cutting method on the both sides of tooth surface micro-topography, curvature and meshing performance will be researched, the setting mechanism of multiple reference points on the tooth surfaces will be founded, the generalized theory of double-sided synchronous accurate pre-control for tooth surface contact characteristics will be established; the optimization method of basic machine settings based on the continuous local synthesis method will be proposed by the use of the flexible correction theory of Free-Form machine, and the high efficiency and high performance manufacturing theory and methodology of SRH gears will be obtained.

超减比双曲线（SRH）齿轮在大速比、小体积、高效率传动方面具有其它方式无法比拟的优势，在高档数控机床、机器人等设备中越来越得到广泛应用，但由于其结构特点（小轮与大轮在齿数、直径、循环啮合次数等方面相差悬殊）、齿面滑动速度高、采用先进的制造方法—全工序法加工时存在接触特征双面同步预控困难的原因，常出现断裂、胶合、啮合质量差等问题，其设计理论与方法难以满足高性能装备的要求。为此，本项目拟建立SRH齿轮的综合力学模型，研究面向高强度与低滑动率的结构设计与几何参数优化方法；研究全工序法的加工参数分别对凸凹两侧齿面几何形貌、曲率及啮合性能的影响规律，探索齿面多参考点设置机制，构建面向齿面接触特征双面同步精确预控的切齿理论；利用Free-Form型切齿机床的柔性修正理论，提出基于连续局部综合法的加工参数优化方法，获取SRH齿轮的高效、高性能制造理论与方法。

超减比准双曲面齿轮（SRH）具有大速比、高精、高效传动等优点，在高档数控机床、机器人等领域中拥有广阔的发展前景。针对SRH齿轮易出现断裂、胶合等失效现象，采用全工序法加工时啮合性能较差，严重制约了SRH齿轮的应用。为此，本项目开展了全工序法加工超减比准双曲面齿轮的双面同步成形机理及其设计方法研究。项目的研究成果如下：. （1）提出了SRH齿轮几何参数设计及优化方法，开发了SRH齿轮的设计软件；. （2）建立了全工序法弧齿锥齿轮多参考点的设置机制，提出了齿面接触特征双面协同精确预控的加工参数优化设计方法；. （3）揭示了全工序法双面同步成形机理，探索了螺旋运动系数、刀盘半径及齿形角等加工参数与齿面接触特征的关联规律；. （4）探索了高能喷丸覆盖率对齿面残余应力、显微硬度、齿面形貌、微观结构等性能的影响规律，通过考虑齿面完整性和磨损测试结果，提出了最优化的齿面喷丸区域优化方法；. （5）建立了弧齿和摆线齿准双曲面齿轮的齿面误差修正模型，提出了采用信赖域策略的LM算法、最小二乘法及复合形法等误差齿面修正方法；. （6）提出了端面弧齿联轴节和摆线齿端齿盘的几何参数和加工参数计算方法，开发了两种传动件的设计、分析、磨齿加工参数计算以及齿形误差修正等功能的成套设计软件。. 综上，本项目的研究成果构建了全工序法SRH齿轮的失效机理、双面同步成形机理、接触特征预控方法、加工参数优化方法、轮齿强度优化方法、齿形误差建模与修正方法等一整套理论，并以此开发了SRH齿轮的数字化闭环制造系统软件，达到了预期研究目标。为SRH齿轮高效、高质制造提供了重要的理论依据。将全工序法应用于其它传动件的设计与制造中，拓展了全工序法的应用范围。. 本项目研究成果：发表学术论文12篇，其中SCI\EI期刊论文7篇，会议论文1篇，CSCD期刊论文3篇；申请软件著作权1项，发明专利1项，实用新型专利1项；培养博士研究生2名，硕士研究生7名；出版专著1部。

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