齿轮微小化设计的瓶颈怎么破?来看华南理工教授发明的线齿轮

2007年,在法国召开的世界机构与机器理论大会上,线齿轮的发明者,华南理工大学机械与汽车工程学院陈扬枝教授首次公布了相关的研究成果。

2017年年底,在广东中峪智能孵化中心,全球首批用数控机床生产出来的线齿轮样品正式面世,经过实验室验证,这批线齿轮完全达到了应用水平。至此,线齿轮工业化,成功迈出了第一步。

“当时国内管道微机器人的研究遭遇瓶颈——现有齿轮在微小化方面都具有瓶颈,无法应用到非常微小的空间里,也找不到其它可用的传动装置。” 陈扬枝谈到为何研究线齿轮时说道。

线齿轮改变了传统齿轮以空间曲面为接触齿面、线性啮合的方式,采用空间曲线接触、点啮合的传动方式,避免了传统齿轮的跟切现象,可以实现平行轴、任意角交叉轴或交错轴传动,且最小齿数可以为1,齿轮设计方式理论上具有极大的灵活性。这从根本上解决了空间传动齿轮微小化设计的瓶颈问题。

传统齿轮能够很好地解决动力传动的问题,尤其是重型大功率传动,但线齿轮可以在微小空间中实现有效且精准的传动;由于线齿轮的理论齿形是“线”,理论上可以无限小,这就为微米、纳米级的传动提供了理论基础和可能性,线齿轮在未来的应用前景非常广泛。当然,在中小功率的传动方面,线齿轮也完全可以胜任。

近年来,随着3D打印技术的发展,加上传统的制模加工、数控加工,线齿轮已经完成了设计理论到制造技术的步伐,使线齿轮在实验室中可以得到检验和应用尝试,但是这些手段生产的线齿轮要么强度不够,要么成本很高,只能算线,再实现线的生产和应用增长,关键在于专门的制造装备的出现,助力线齿轮达到量产。

目前,陈扬枝首批用数控机床生产出来的线齿轮样品已经大大降低了生产成本,而未来,随着专用设备的完善,陈扬枝保守估计,线齿轮的成本将降至十分之一,将为其大量被尝试到研发和应用中大大降低门槛。

作为一种未来的传动方式,线齿轮产品可以广泛应用于包装机械、食品机械、仪表仪器、微小型机器人等行业,有可能形成一个百亿规模的新产业。

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