给轮齿加上弧度扬州大学研发团队的这个发明可用于汽车、高铁
现代快报讯(通讯员汪志国记者庄剑翔)在如今的市场中,齿轮分为直齿、斜齿、人字齿等品种。虽然人们日常不常见到齿轮,但它们与大家的生活息息相关,交通工具、生产加工……它们几乎覆盖各个方面。
近日,通过一年多的研发,扬州大学团队在轮齿上加上了弧度,从而发明出了一款平面螺旋齿线圆柱齿轮,它的寿命更长、生产加工时间更短,可以直接替换日常所用的传统齿轮,将来可用于汽车、高铁等多处。3月30日,现代快报记者对研发团队进行了采访。
这个科研团队是由扬州大学机械工程学院的6名师生组成的。此前,团队老师宋爱平总结出几种在用的传统齿轮的优缺点发现:直齿传动性能较差、斜齿传动存在轴向分力、人字齿加工复杂,并且它们安装和加工误差,易导致断齿。
在此之前,曾有人提出过广义的弧齿圆柱齿轮概念,对此,宋爱平老师也进行过研究,但加工成本高、精度难提升等原因,使得这条路并不可行。不过,这也给他带来了思路:在齿轮的轮齿上加上弧度,可以有效提高其承载能力,使其寿命加长。原有的理念行不通,那就进行研发改造。2021年底,由宋爱平带领的科研团队组建了起来,开始研究如何往轮齿上“加弧度”。
“我们用给轮齿‘加弧度’的理念在电脑上对加工方法进行模拟仿真,得出一种理论上的新齿轮。”团队成员蒋凯佳介绍轴向分力,经过数十次的失败、总结,最终得到了模拟结果:新齿轮的齿面分为凹齿面与凸齿面,看上去就是带有弧度的样子,这能有效降低断齿的可能性。根据其齿线特征,团队将其命名为平面螺旋齿线圆柱齿轮。
理论通过了,接下来就是要将这种齿轮从电脑中“拿”出来。可没有制造该齿轮的机床怎么办?这可难不倒学习机械工程的师生。他们对现有的机床进行了改造,加上了定制道具、定制系统等。
终于,近日,这款齿轮的铸铁实体被制造了出来。大家惊喜地发现,齿轮不但实现了模拟时的高寿命应力变程,还比同等尺寸的传统齿轮滚齿加工效率高出了4到5倍,且质量非常好,光洁度也高。
“它可以用在汽车变速箱、高铁传动齿轮箱里面,并且可以直接替换传统齿轮。”蒋凯佳介绍,目前,团队可以实现20mm至4m直径的平面螺旋齿线圆柱齿轮的制造加工。
现代快报记者了解到,该项发明已经申请了6项专利。同时,团队还在对其精度的提高进行研究和实验。