非圆齿轮非匀速比传动技术简介.doc

非圆齿轮非匀速比传动技术 董剑2009年10月非圆齿轮非匀速比传动技术1非圆齿轮技术背景及现状；1.1非圆齿轮技术的背景非圆齿轮传动技术在20世纪30年代就已出现，到了20世纪50年代，原苏联的学者在他的专著中，就当时的技术水平，对非圆齿轮做了比较系统和完整的论述。可是非圆齿轮却长期没有得到广泛的应用，有关资料也很少，技术文献零乱分散，无法得到广泛应用。究其原因，主要是非圆齿轮副及其行星轮的设计计算复杂，制造困难，生产率低下，加工精度极低，通用性差，成本高，无法在生产中应用。对非圆齿轮行星轮系低速大扭矩液压马达的运动规律认识起初也存在偏差，未建立完整的理论体系，缺乏科学的研究方法和手段，导致其运动规律未得到揭示和正确认识。无法形成生产中必须的CAD/CAM软件，是无法进行工业批量产生的主要原因之一。1971年波兰151883号专利、1972年美国3852002号专利及国内个别科研单位也作了许多研究，但因为尚有大量理论和工艺问题未能得到解决，致使该马达无法实现大批量工业化生产。二十世纪70年代以后，计算机技术及数控技术日益发展，并且深入应用到机器设计、制造领域中之后，复杂型面的机械加工技术发生了很大的变化。通过CAD/CAM技术的不断发展，数控机床的日益普及，过去视为畏途的非圆齿轮设计、工艺、制造，现在显得容易多了，非圆齿轮也步入了一个新的实用化时期。近些年来，它的具体应用愈来愈多，对它的研究也日益增加，以至于许多文献把这种情况称为非圆齿轮的“再发明”。不仅如此，近年来非圆传动已经从单对齿轮副发展到各种轮系，从非圆齿轮扩展到非圆带、链等传动形式，形成了一个内容丰富的非匀速比传动的领域。1.2非圆齿轮技术描述非圆齿轮是一种新型的高技术含量的齿轮部件。非圆齿轮与传统的渐开线圆齿轮的主要不同点在于它的节曲线是非圆的，它的每一个齿形都是不同的，是变化的。非圆齿轮的齿形也不同于圆柱齿轮的渐开线齿形，它的节曲线是可以按照主机或功能部件传动比变化的要求进行专门设计，因此，非圆齿轮的节曲线形状可以是多种多样的，它的节曲线的数学模型是一个非线性的微分方程。非圆齿轮的啮合原理复杂，设计参数复杂，技术难度很大，非圆齿轮的特点决定了它的齿形、齿面、齿轮的形状与普通渐开线齿轮完全不同，它的齿形、齿面、齿轮的形状均是一种复杂型面。普通的插齿机、滚齿机、磨齿机均无法加工非圆齿轮。非圆齿轮加工过程中，标准插齿刀的磨损是无法避免的，而插齿刀的磨损是限制非圆齿轮加工的世界性的难题。插齿刀磨损后的误差补偿，又是这一世界性加工难题的难中之难。非圆齿轮副可以有多种形式来实现设计者变传动比的传动要求。如：椭圆齿轮副、卵形齿轮副、梨形齿轮副、心形齿轮副以及各其它多种形状的非圆齿轮副。当一对非圆齿轮副无法满足某些特殊传动要求时还可以采用非圆齿轮轮系的方法进行传动如：非圆齿轮定轴轮系、非圆齿轮行星轮系。对一些两轴距较远的非匀速比传动还可采用非圆链轮及非圆带轮进行传动。把非圆齿轮传递非匀速比运动的特点和其它机构结合起来使用常常能够收到令设计者更为满意的传动结果。如：非圆齿轮和正弦机构的组合机构，非圆齿轮与曲柄滑块机构的组合，非圆齿轮与袋、链传动机构的组合机构。非圆齿轮行星轮系低速大扭矩液压马达就是在非圆齿轮的技术平台上发明的一种新型液压元件。它充分利用了非圆齿轮行星轮系在工作中封闭容腔空间体积变化极大的特点，专门设计了这种新型容积式非圆齿轮液压马达。它具有结构简单、成本低、性能优良、噪音低、压力流量脉动小、性价比高的特点。它的理论设计、结构设计和工艺参数设计，涉及到齿轮啮合原理、微分几何、数控机床原理、液压原理、液压元件、机械传动原理等多学科理论。1.3非圆齿轮的技术现状我们成功的解决了上述非圆齿轮的世界性技术难题并形成了公司的发明专利。针对市场需求进行了成功的应用。非圆齿轮行星轮系低速大扭矩液压马达已达到可方便的实施大规模生产的应用阶段。各种不同形式的非圆齿轮副及其他非圆齿轮变速比传动机构的生产更加方便简捷，采用CAD/CAM技术几小时内就可完成全部软件的设计，与数控机床连接后即可方便的投入生产。请看下面2例非圆齿轮零件图片：左图是我们正在生产的非圆齿轮行星轮系低速大扭矩液压马达的核心零件非圆齿轮行星轮系，右图是一种非圆齿轮副的示意图。 图1 非圆齿轮液压马达核心零件及非圆齿轮传动机构非圆齿轮的理论及工业实践曾在我国被称为机械领域里的哥德巴赫猜想。目前，我国在此研究中位于世界先进行列。经由中国机械联合会组织并主持的技术鉴定会对本项目的技术鉴定意见是：达到国际先进水平。建议投入批量生产。我们拥有非圆齿轮液压马达CAD/CAM软件系统的原创性自主知识产权。是我们技术研发制造中的核心技术，我们成功的开发出此套系统，同时也为业已展开的系列化开发非圆齿轮非匀速比传动机构项目，提供了强有力的技术支撑和应用技术基础。1.4非圆齿轮技术的主要研究内容本项目以非圆齿轮行星轮系低速大扭矩液压马达以及各种类型的非圆齿轮副、非圆齿轮传动机构的CAD/CAM软件包作为核心技术，其中包括：数学建模、理论计算、非圆齿轮行星轮系设计、加工程序、加工代码自动生成、退刀干涉自动补偿、NCM-5型非圆齿轮行星轮系低速大扭矩液压马达总成的计算机仿真、在线检测程序等。本项目在批量生产方面主要以精细、敏捷、柔性及虚拟的集成经营作为主要生产模式，项目已于2002年12月完成了由中国机械联合会主持并组织的新产品鉴定。在资金到位的情况下，本项目拟在公司建设大批量生产核心零件非圆齿轮的生产线、非圆齿轮液压马达装配检测线。1.5世界范围内非圆齿轮的技术背景与现状非圆齿轮非匀速比传动是一种新型的高技术含量的变传动比传动技术。目前我国在此领域中已经位于世界先进行列，其知识产权和专利为我公司独家拥有，全球范围内能够采用数控插齿机进行批量生产的企业仅我公司一家。当今世界关注于该项技术研究的国家有前苏联、美国、日本、波兰，但均处于保密状态，公共信息极少。目前进入我国商业领域的已知产品仅有波兰海德曼液压动力设备公司（军工企业）的非圆齿轮液压马达，应用于坦克装甲车辆和煤矿安全生产设备。目前也处于产品开发与推广应用阶段。加工手段多是采用线切割加工方法。根据我们的研究，表明在世界范围内该项技术的难点在于：非圆齿轮非匀速比传动的CAD/CAM软件包及其仿真技术的研发；数控插齿机插齿过程中的退刀干涉；精确对刀基准的确立；非圆齿轮的精密加工技术；设计方法、加工工艺、产品标准、检验标准的技术系统建设；上述技术障碍我们均已全面攻克，目前进入产品应用性研究阶段。2公司荣誉、专利、版权、商标发明专利一项：新型非圆齿轮行星轮系低速大扭矩液压马达，申请号：2008100980771。2004年获得江苏省科技厅技改资金支持30万元。2005年北京市海淀区科委无偿提供扶持科研资金80万元。2005年北京市政府将马达项目列为当年的十六项重点招商项目之一，并承诺多项优惠政策扶持。荣誉：1993年，人民日报头版头条报道非圆齿轮项目，全国各大报纸头版转载。2003年获得山东卫视科技创业大赛一等奖，奖金10万元，山东卫视多次全程报道比赛实况。2003年6月北京市政府授予本项目火炬计划项目证书、2003年9月北京市政府授予本项目新产品证书。2003年10月中国液气密协会授予本项目优秀新产品奖。2003年本项目被确定为北京市火炬计划项目。2004年中国机械工业联合会、中国机械工程学会授予科学技术二等奖。2005年国家科技部、国家商务部、国家质量监督检验总局、国家环保局授予国家重点新产品证书。2005年被北京市政府确定为赴港招商重点项目之一，北京日报、北京青年报、北京市发改委官方网站等首都媒体均有公告。2007年成为北京市专利技术试点单位之一。软件著作权术：2004年取得国家专利局非圆齿轮(非匀速比传动)及非圆齿轮液压马达CAD/CAM计算机软件系统著作权登记证书，登记号：2004SR07681；商标：2004年取得国家工商总局核准的“非圆时代”产品商标证书。3、非圆齿轮技术及产品的市场前景表1 非圆齿轮部分产品及市场目标一览表设备名称、行业各类非圆齿轮各类非圆传动机构非圆传动总成产品名称备 注工程机械非圆齿轮液压马达新型专利产品塑料机械非圆齿轮液压马达新型专利产品石油机械加油机非圆齿轮副节能式非圆齿轮传动箱非圆齿轮液压马达、节能式泥浆泵。新型专利产品印刷机械非圆齿轮副非圆齿轮传动机构非圆齿轮传动箱给纸机机构包装机械非圆齿轮副糖果、饮料包装机械传动机构，冷饮机，非圆齿轮传动箱反向或特定变速比传动香肠灌装机传动机构非圆齿轮传动箱特定精密变速比传动汽车部件汽车刮水器变速运动轨迹动力转向器变速比转向传动机构农业机械插秧机构非圆齿轮箱、非圆马达高速插秧机的多轮系非圆齿轮副煤矿机械非圆齿轮箱、非圆齿轮、乳化液马达或油马达采煤设备带式输送机、采煤设备推斗机、采煤机械计量机械高精密非圆齿轮流量计用于流体的精确测量平流泵化工医药领域精密测量纺织机械椭圆齿轮非圆齿轮传动箱毛纺针梳机等椭圆齿轮非圆齿轮传动箱毛纺混条机等椭圆齿轮非圆齿轮传动箱毛纺梳毛机等健身机械非圆齿轮非圆齿轮传动副健身机增加负载钢型材制造非圆齿轮副非圆齿轮传动箱同步剪切滚筒式飞剪机成型制造非圆齿轮非圆齿轮传动箱压力机特殊运动轨迹机床制造非圆齿轮非圆齿轮副非圆齿轮传动箱万能铣、凸轮磨、锻压机机械设备非圆齿轮非圆机构传递精密非匀速比运动轮式步行机车间工件输送设备自行车业非圆链轮自行车一种新型传动理论及结构的自行车军事装备非圆齿轮副非圆传动机构非圆齿轮液压马达坦克、军事装备各类非匀速比传动机构如：填弹机构饲料加工生产线非圆齿轮副送料、喂料、包装机构冰淇凌技工设备非圆齿轮副送料机构从上