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需求背景

齿轮是实现运动与动力变换的关键基础件，具有恒功率传动的特性，很大程度上决定着装备的性能，因此在国民经济建设和国防建设中占据着十分重要的战略地位。齿轮行业的发展离不开行业相关技术的支撑，同时技术专利的数量也可以在一定程度上反应行业发展情况。我国近年来推进制造业转型升级，加快打造“中国制造”和“中国智造”，推动了我国齿轮行业技术的快速发展。目前，我国齿轮产品部分技术水平和质量水平已经接近或达到国际先进水平，但是仍有相当部分齿轮与变速器产品在振动噪声与疲劳寿命方面与国际先进水平存在一定差距。汽车自动变速箱、工程机械变速箱、机器人RV减速器、高铁齿轮传动装置等高端齿轮产品仍依赖进口，直升机减速器、风力发电机增速器等也迫切需要突破。

通常来说，影响齿轮传动性能的因素有材料、热处理、制造精度、润滑状态及啮合齿面等。其中，齿轮齿面是动力变换的直接作用面，是影响齿轮传动性能的关键因素。从最初的矩形齿、摆线齿、圆弧齿轮以及目前广泛应用的渐开线齿轮等，齿轮发展的各个阶段都伴随着啮合齿面的创新发展。齿轮的发展历程表明：齿面是齿轮创新发展的关键因素。而传统的渐开线齿轮传动、圆柱蜗杆传动及锥齿轮传动等都是以曲面共轭原理为基础发展而来。基于这一原理，国内外现已建立了从共轭齿面求解到齿面性质分析的较为系统、全面的体系。但是生产和科学技术的发展使得现有齿轮传动逐渐难以满足更高传动性能的要求，尽管众多学者从不同角度提出解决问题的方法，但仍未从根本上实现有效提高。因此，从几何学的研究入手，突破传统共轭曲面原理的限制，开展新型啮合理论的研究具有重要的意义。

需解决的主要技术难题

在进行齿轮传动设计时，一般要求齿轮的尺寸尽可能小，承载能力尽可能大，即要求齿轮的材料利用率最高；同时又希望改善齿轮传动的平稳性、减小磨损和胶合的可能性、提高加工效率等。而对于一般条件下使用的齿轮传动，其传统设计方法是根据齿面的硬度，确定用接触疲劳强度或弯曲疲劳强度进行尺寸设计，然后再根据计算出的齿轮参数进行强度校核。这种传统的设计方法必须对齿轮进行强度校核，因为在对齿轮进行初步参数选取时，无法预知齿轮的接触强度和弯曲强度哪种较低。而且在设计时往往会存在这样一种缺陷：例如齿轮设计时，按齿面接触疲劳强度进行设计，其接触应力比较接近其许用接触应力，而校核时会出现其弯曲应力远小于其许用弯曲应力，这就造成了模数的浪费。因此从齿形设计时就考虑等强度问题，将使齿轮设计过程简化，提高设计效率。

对构齿轮选择齿形参数时，就能保证轮齿有较高的弯曲强度和接触强度，最好符合齿形等强度设计原则。轮齿在啮合时要求传动平稳，无齿形干涉，齿形曲线应力求简单以便于制造。确定齿形形状最基本的参数：全齿高、压力角、齿廓曲率半径、齿侧间隙及工艺角等。

期望实现的主要技术目标

齿轮的尺寸尽可能小，承载能力尽可能大，同时改善齿轮传动的平稳性、减小磨损和胶合的可能性、提高加工效率等。

处理进度