1.2.3 章动面齿轮传动

章动传动中，若采用内-外切面齿轮啮合副替代章动传动中的内锥齿轮啮合副，即产生了一种新的章动面齿轮传动，这种传动兼顾二者优点，可在小空间内实现大传动比传动，具有体积小、传动比范围广、承载能力强、重合度系数大、无侧隙、低噪声等特点。图1-12所示为基本型章动面齿轮传动简图。

2009年，美国直升机研究中心的Z. B. Saribay提出了一种周环传动，其本质也属于章动面齿轮传动，通过采用内-外切面齿轮啮合副运用齿轮啮合理论、微分几何学和弹流润滑理论描述并分析了周环传动的原理及特点。2013年，Z. B. Saribay提出一种可用于直升机主减速器的双周环传动（PMT）系统（见图1-13），分析了该机构的运动学、齿轮载荷，应用弹流润滑（EHL）理论估算了PMT系统的啮合效率，给出啮合效率近似计算公式[62，63]。2016年，受美国垂直飞行器协会（Vertical Lift Consortium，VLC）、美国国家旋翼技术中心（National Rotorcraft Technology Center，NRTC）和美国陆军航空及导弹研发工程中心（Aviation and Missile Research Development and Engineering Center，AMRDEC）资助，宾夕法尼亚州立大学的T. D. Mathur研究了周环传动中面齿轮副的载荷分布情况，分析了其啮合刚度及齿轮弹流润滑情况[64]。

图1-12 基本型章动面齿轮传动简图

1—输入轴 2—固定面齿轮 3—行星面齿轮 4—转动面齿轮 5、6、10—箱体 7、8、9、11—轴承

国内有关章动面齿轮传动的研究起始于2015年，作者所在课题组等根据齿轮啮合原理，得到参与啮合的内、外切面齿轮的齿面方程及界限条件，建立了章动面齿轮传动的三维模型，并对啮合情况进行了动态仿真分析[65，66]。

尽管国内外学者对章动面齿轮传动的研究取得一定进展，但是面齿轮固有的齿顶变尖[67]现象（见图1-14），限制了面齿轮的实际应用。变尖现象意味着面齿轮顶部的一端厚度为0，在齿厚方向无法像圆柱渐开线直齿通过“任意”增长来提高齿轮的承载力，该现象在章动面齿轮传动中同样存在且更为突出，因此有必要从理论上进行深入分析，并建立一个较为完整的传动设计理论体系。

图1-13 用于直升机主减速器的双周环传动系统

1—输入齿轮轴 2、7、8、9—轴承 3、11—箱体 4—输出面齿轮 5—固定面齿轮 6—输出轴 10—行星面齿轮 12—输入齿轮

图1-14 面齿轮的齿顶变尖现象