弧线齿面齿轮传动是一种具有自动调节定位功能的新型传动形式,与直齿面齿轮和斜齿面齿轮相比较,弧线齿面齿轮不但承载能力高,而且制造工艺简单、成本低。通过使用简单的直线刃刀盘和国内已有的数控加工中心或数控齿轮机床即可完成齿面加工,可短时期内设计制造出真正实际应用于航空领域分流/汇流的面齿轮传动装置。此外,由于面齿轮传动技术具有军事应用背景,弧线齿面齿轮传动技术必须立足于自主研究开发与国产化的道路。本文对弧线齿面齿轮基本啮合理论、加工原理、齿面设计、齿宽设计、齿面啮合与承载特性分析、齿面修形优化技术、弧线齿面齿轮副齿面及修形曲面的铣削加工以及滚检试验等关键技术问题进行了深入地研究,主要研究内容如下:1.研究了弧线齿面齿轮副的齿面展成加工方法。采用假想弧线齿产形齿轮与弧线齿圆柱齿轮和弧线齿面齿轮同时共轭啮合的展成加工方法,保证了弧线齿面齿轮副的精确啮合。设计了具有一定刀倾角的加工刀盘模型,建立了刀盘直线齿廓与渐开线齿廓的法截面方程。由空间坐标变换建立了假想弧线齿产形齿轮与产形齿条的齿面方程。2.研究了弧线齿面齿轮副齿面模型的建立。由啮合原理、微分几何学原理及空间坐标变换,建立了弧线齿面齿轮副工作齿面与齿根过渡曲面模型。建立了弧线齿面齿轮非根切的条件及避免尖顶的几何模型。计算实例建立了展成法加工弧线齿面齿轮副的精确三维模型,实现了基于数值齿面的弧线齿面齿轮副齿面高精度建模。为简化加工,选择常规的直线刃齿廓刀具代替渐开线刃齿廓刀具加工弧线齿面齿轮副。3.建立了考虑安装误差的弧线齿面齿轮接触分析(TCA)模型、承载接触分析(LTCA)模型。设计算例表明,经展成加工的弧线齿面齿轮副几何传动误差曲线是中凸的抛物线形,可吸收由各种安装误差产生的偏差,降低了啮合循环连接点处冲击。工作载荷下,采用直线刃齿廓刀具加工弧线齿面齿轮的面齿轮副已存在严重的边缘接触,承载传动误差幅值大,引起振动和噪声。4.研究了弧线齿面齿轮副齿面的修形优化。为提高弧线齿面齿轮副的传动质量与承载能力,对弧线齿面齿轮副进行修形补偿。预设齿面接触区长度计算相啮合凸凹齿面齿线半径差,实现弧线齿面齿轮副齿线方向的修形。根据承载接触分析,选取了刀盘旋转半径。对弧线齿面齿轮齿廓方向采用接近渐开线齿面的二次抛物线内凹形修形曲面,由一个周期的几何传动误差啮入点与啮出点幅值变化最小与承载传动误差幅值变化最小的多目标优化方法,采用遗传算法的权重系数变换法优化得到修形因子。修形偏差曲面与理论齿面叠加构造三维修形曲面。设计算例验证了完全可以使用简单的直线刃代替渐开线刃刀具加工弧线齿面齿轮,通过对弧线齿面齿轮修形优化的面齿轮副获得了良好的动态啮合与承载性能。5.研究了普通六轴联动数控机床加工弧线齿面齿轮副齿面及弧线齿面齿轮修形齿面。通过空间坐标变换,将刀倾型机床的调整参数转换成普通多轴联动数控机床的调整参数,建立了基于六轴联动数控机床加工弧线齿面齿轮副齿面模型。基于数控机床各轴敏感性分析,微调数控机床各轴加工弧线齿面齿轮修形曲面,建立了弧线齿面齿轮修形齿面的偏差模型,采用粒子群优化算法(PSO),优化目标函数为齿面误差平方和最小,求解得到加工修形曲面数控机床各运动轴的微调量,与切削弧线齿面齿轮理论齿面数控机床各运动轴参数叠加得到加工修形齿面各运动轴参数,建立了六轴联动数控机床加工弧线齿面齿轮修形齿面模型。算例数字模拟曲面表明通过微调数控机床各轴能够有效地加工修形曲面,保证了加工精度。6.对弧线齿面齿轮副齿面设计及修形理论,啮合性能进行试验验证。完成了弧线齿圆柱齿轮、弧线齿面齿轮修形齿面的切齿,及弧线齿面齿轮副的滚检试验。试验结果与理论分析基本一致,验证了弧线齿面齿轮副展成加工方法、齿面设计、齿面修形优化设计、和啮合性能分析的正确性。验证了采用直线刃齿廓刀具加工弧线齿面齿轮并与弧线齿圆柱齿轮实现精确啮合传动的可行性。