近日，我院机械工程系博士生刘禄以第一作者连续在机械工程领域中科院一区TOP期刊International Journal of Mechanical Sciences和Mechanism and Machine Theory发表两篇关于面齿轮传动的高水平论文。论文题为“Generation and contact of modified non-orthogonal offset face gear drives”和“General model of stiffness, stress and deformation for modified non-orthogonal offset face gear drives”。王晓笋教授为文章通讯作者。这是巫世晶教授团队的机电传动与控制实验室长期坚持传动基础研究的又一重要成果。

       面齿轮传动具有小体积、大传动比、高功密、高效率、无轴向力等性能优势，正渐进推广并应用于高端装备传动系统。非正交偏置面齿轮兼具弧齿锥齿轮的非正交布置能力与准双曲面齿轮的偏置布局能力，具有突出研究价值与良好应用前景。然而，非正交偏置面齿轮传动设计过程复杂，相关研究对数学和力学基础要求高，尚未形成系统性的修形理论与方法去高效释放其性能。

图1 非正交偏置面齿轮传动与高端装备中的面齿轮传动系统

图2 非正交偏置面齿轮的非对称齿修形

       针对上述问题展开研究。首先，基于齿轮几何学推导了非正交偏置面齿轮啮合面、齿根过渡面与底面的显式表达，揭示了传统面齿轮点接触实现方法中存在的啮合轨迹偏载、接触应力过高等问题，引出了一种面齿轮传动高性能修形方法以实现啮合点轨迹预设、高重合度与低接触应力。其次，基于接触、材料与弹性力学构建了面齿轮传动局部接触、整体齿与齿轮基体的刚度、应力与变形解析模型，归纳了齿轮传动交替啮合边界的通用计算式，拓展了Hertzian接触模型去解决非对称抛物线修形导致的接触点几何二阶微分不连续性，解决了传统势能法只能用于求解啮合点处轮齿刚度的局限，导出了中心孔固定的圆柱与圆板齿轮基体受载变形与应力级数解。最终，完成了非正交偏置面齿轮传动齿对间载荷分配与总啮合刚度的建模与求解。该研究成果为面齿轮传动高性能修形提供了分析框架与计算基础，相关模型与解析解构造过程丰富了机构学与力学算例。

图3 计及载荷分配的面齿轮传动总啮合刚度建模

       上述研究工作得到了国家自然科学基金（52075392），湖北省重点研发计划（2024BAB054）和公牛新能源产业研究基金的重要支持。

       《International Journal of Mechanical Sciences》全文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2025.110314

       《Mechanism and Machine Theory》全文链接：https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2025.106128