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新型传动面齿轮设计制造关键技术及成套装备
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  • 公布年份:
    2018
  • 中图分类:
    TH132.41
  • 关键词:
  • 成果简介:
    齿轮是工业的象征,是航空发动机、坦克、重型机械等髙端装备的核心关 键基础零部件•航空发动机机械系统中80%以上的故障是因螺旋锥齿轮应用空间载荷极限问题造成的,齿轮的性能质量问题已成为制约航空发动机等高端装备发展的重大瓶颈之一。面齿轮传动突破了尺寸、载荷、速度等性能参数的限制,是替代螺旋锥齿轮传动的高性能新型先进传动形式,可大幅度减少体积,提高功率及可靠性。面齿轮概念是30年代提出,传统啮合原理和加工方法,导致面齿轮啮合是“线-线”接触,接触区小,单齿承载能力差,无法实际应用。直至90年代美国才率先将面齿轮技术应用到军机上。从2002年开始,项目组在国家重大项目的支持下,针对国外技术封锁,经过15年艰苦研究,攻克了面齿轮“构型难,成形难、评价难”等难题,实现面齿轮技术成功应用。取得发明如下: 1)针对传统啮合原理下轮齿接触区小、承载能力差的问题导致高承载面齿轮齿面构型难,提出了用一系列定曲率、微曲面离散描述高阶曲面的齿轮数字啮合原理。发明了面齿轮的“面一面”局部接触方法。提出了面齿轮接触区可控双向修形方法、加载接触分析方法,实现了面齿轮高承载齿面一体化设计。经测试,面齿轮啮合效率98.6%承载能力较螺旋锥齿轮提高35%以上。 2)针对面齿轮“面-面”接触导致的高阶曲面展成加工难及现有加工装备空间角度受限难题,基于齿轮数字啮合原理,发明了面齿轮展成加工专用刀具,发明了面齿轮七轴五联动磨齿加工数控机床,发明了面齿轮多轴展成专用高精度数控系统。实现模数1-10.5mm、直径100~800mm的面齿轮4级高精度加工。 3)针对复杂多变工况下高速重载面齿轮长寿命加工的难題,提出了面齿轮数控展成刀位控制方法,发明了面齿轮长寿命气体深氮化工艺,发明了面齿轮低应力加工方法,建立了面齿轮高精度加工质量一致性工艺。实现面齿轮长寿命加工。经测试,齿面应力均方根89.4MPa、可靠性寿命较螺旋锥齿轮提高56%。 4)针对新型面齿轮齿面曲率变化复杂无评价方法的难題,发明了面齿轮齿面精度和传动误差检测方法,研制了面齿轮单面啮合测量仪和综合性能试验台,建立了全系列面齿轮齿面精度、啮合精度检测方法和标准,实现了4级精度的面齿轮副传动误差及切向综合偏差的高效检测。 成果鉴定指出,面齿轮技术整体性能指标达到国际先进水平,其中型面精度2~4um、齿距累积偏差0.04mm等性能指标优于美国。(1)完成了30架Y20大型运输机航空发动机面齿轮动力装置的装机任务,直至目前,面齿轮动力装置故障率为零:(2)成功应用在6种型号的重型减速机产品中,效果显著;(3)通过了“新型大动力坦克主传动系统试验台”考核,成为下一代主战坦克主传动系统应用方案。项目近三年累计经济效益2.56亿元,具有重大社会和军事效益,使中国成为世界上第二个具有高精度重载面齿轮设计制造能力的国家。项目获2017年度中国机械工业科学技术发明一等奖;发明专利17件、软件著作权4项;行业标准3部:SCI论文32篇、专著1部。
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