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齿轮是工业的象征。螺旋锥齿轮是一种可满足恶劣工况条件下工作的关键基础零件，广泛应用于各种机械装备中。螺旋锥齿轮因结构的局限性，其应用空间已达到极限。据统计，航空发动机机械系统80%故障是由螺旋锥齿轮问题造成，已经严重影响了装备运行安全、可靠性。急需一种先进的新型齿轮技术解决高端装备中齿轮的质量、寿命问题。

面齿轮是一种先进的新构型齿轮。面齿轮传动技术是一项变革性传动技术。

项目组从2002年开始，在国家科技支撑计划和国家专项等项目的支持下，针对面齿轮啮合机理、加工方法、成形刀具、专用加工装备、检测技术、试验技术及工程化应用等方面，对“新型传动面齿轮设计制造关键技术及成套装备”技术进行了长达15年的艰苦研究，取得了创新成果如下：

1）针对传统啮合原理无法描述面齿轮复杂高阶曲面的难题，提出了面齿轮高阶曲面离散化数字啮合原理。发明了面齿轮局部的“面—面”接触齿面方程。研究面齿轮设计参数与结构关系，建立满足复杂工况的面齿轮结构。提出了接触区可控面齿轮形貌双向修形方法，开发了面齿轮高效匹配技术，增大了轮齿接触面；综合考虑轴、轴承、轮齿的弹性变形，发明了面齿轮加载接触分析方法，提出面齿轮接触区可控的齿面精准设计一体化技术，齿型设计，载荷、模数等参数范围超过国外产品，实现了重载面齿轮齿面精准设计。

2）针对没有专用加工刀具和数控机床的难题。基于面齿轮高阶型面的复杂性，研制出国内首台面齿轮加工专用成形刀具和七轴五联动专用面齿轮数控机床，开发了适用于面齿轮高阶曲面多轴展成加工的数控系统。该装备可实现面齿轮批量化生产，使得我国成为世界上少数几个具备面齿轮加工能力的国家之一。所加工的面齿轮，经检测，面齿轮型面精度达到3~4μm。其性能指标远远优于国外产品，能够满足了航空发动机、直升机和坦克应用的加工精度要求。

3）针对没有面齿轮加工工艺方法的难题。基于面齿轮的啮合性能和接触区位置的要求，对面齿轮加工切齿参数、加工路径、热处理工艺、安装调整、装夹夹具等开展研究，提出了保证面齿轮加工质量的精度一致性工艺方法，解决了大批量生产精度加工质量一致性差的难题，满足了大批量高精密的生产需求，实现了发动机面齿轮传动装置批量化生产。

4）针对面齿轮没有检测方法、仪器和评价标准的难题。提出了从单个零件到齿轮副整体的检测方法，研发了面齿轮齿面误差、传动误差和啮合性能检测设备，实现了面齿轮的全信息高效测量，构建了面齿轮加工精度、啮合性能的评定技术体系，形成了检测规范和标准，满足了航空发动机面齿轮的装机要求。

项目授权专利37件（发明专利35件）、软件著作权11项；发表SCI论文20余篇、EI论文30余篇，专著1部；主持编写行业标准。

相关需求：

齿轮的结构形式则对传动系统的性能有着直接的影响，面齿轮传动是一项变革性传动技术，采用由圆柱直齿轮与圆锥齿轮相啮合的新型先进传动形式，以“面—面”接触代替传统齿轮的“线—线”接触的形式。与传统的螺旋锥齿轮传动相比，面齿轮具有结构紧凑、体积小、重量轻、可靠性高、互换性好、无轴向力、加工效率显著等优势，可明显提高传递效率和寿命。面齿轮作为一种更为先进的传动方式，目前已在各类武器装备中得到应用并展现出显著的优势，替代螺旋锥齿轮已成为一种必然和主流，是新一代车辆实现传动系统小体积、高效率、轻质量和低成本的必然选择。

在我国车辆传动系统的研制中，采用面齿轮能够有效提升传动系统的各项性能以及空间利用率，从而实现车辆各项战技术指标的整体提升。而在实际工况下，由于车辆动力传动链分水、陆、水陆三种工况的动力传动模式，面齿轮啮合性能处于相当复杂的变化过程之中，载荷大小等工况条件随着啮合位置不同而不断变化。现有的面齿轮构型技术所求解得到的面齿轮重合度较低，使得同一时间发生接触的轮齿对数减小、接触区狭窄，每对轮齿所分担的扭矩增大，对面齿轮承载能力提出了更高的要求。因此，面齿轮性能指标的改进提升是新一代车辆实现更高机动性、可靠性、承载能力的关键。