线齿轮是基于空间曲线共轭原理的新型齿轮,主要适用于轻中载、中小尺寸传动,具有设计灵活、传动比大、最小齿数可为一等优点。作为一种新型齿轮,线齿轮具有巨大的发展潜力。近年来,线齿轮设计理论和加工工艺方法得到了很大的发展。随着线齿轮应用领域不断拓宽,批量化生产逐渐成为亟需解决的问题。另外,本课题组之前重点研究了以圆柱螺旋线为主动接触线的线齿轮机构,这种线齿轮机构的设计与制造较为简单。但这种线齿轮副主、从动接触线上存在滑动率为零的点,且在传动过程中滑动率波动较大。因为不易于形成润滑油膜,滑动率为零的点往往先发生齿面点蚀。而由于滑动率的波动,齿面的不同部位磨损情况不同,使得齿面部分区域磨损情况恶化,最终造成齿面失效。本文提出一种以平面曲线为主动接触线而设计的新型线齿轮机构,简称平面曲线线齿轮。其接触线上各点滑动率分布比较均匀,可以根据需要设计为纯滚动或存在齿面间相对滑动的形式,并能够实现滑动率的准确控制。这有利于齿面的均匀磨损,预防齿面早期点蚀的发生。另外,本文针对线齿轮批量化生产的问题研究了不同的加工工艺。成形法加工刀具成本低、设备简单,能够满足线齿轮小批量的生产需求。因此,本文首先对平面曲线线齿轮的成形法加工工艺进行研究。然后,为了满足线齿轮大批量的生产需求,研究了平面曲线线齿轮的范成法加工工艺。本文完成的内容主要包括以下四个方面:1.研究了平行轴平面曲线线齿轮基于成形法加工原理的设计理论和铣齿工艺。推导了以平面曲线为主动接触线的平行轴线齿轮副的接触线与中心线公式,提出了平面曲线线齿轮的精确建模方法。给出了成形法加工线齿轮时铣刀轨迹的计算方法,以及铣刀的设计方法。最后,分别设计了以直线为主动接触线的纯滚动和有滑动率的平面曲线线齿轮副,并进行精确建模和运动学实验仿真。仿真结果验证了本文提出的基于成形法加工原理的平面曲线线齿轮设计理论的正确性和合理性。最后,制造了相应的线齿轮铣刀并加工出线齿轮副样件。2.研究了平行轴平面曲线线齿轮基于范成法加工原理的设计理论及加工工艺。重点研究了以直线作为主动接触线的平行轴线齿轮滚齿加工工艺,相对于成形法加工工艺而言,滚齿加工具有更高的加工效率与加工精度。针对螺旋角较大时线齿轮轴向分力大的问题提出了无轴向分力的以圆弧为主动接触线的平行轴线齿轮,研究了该线齿轮机构的设计方法和加工工艺,推导了这种线齿轮的接触线表达式和齿面方程,给出了适用于这种线齿轮机构的铣刀设计方法,利用Vericut进行了虚拟加工并进行了运动学仿真实验。3.研究了交叉轴平面曲线线齿轮的设计方法与加工工艺。重点研究了以圆弧为主动接触线的交叉轴线齿轮的设计方法及加工工艺。给出主、从动接触线滑动率的控制方法并研究了设计参数对滑动率的影响规律。设计了交叉轴线齿轮副算例,结果表明,通过选择合适的设计参数可以获得较为理想的滑动率。给出了基于平面曲线的假想冠轮的构建方法,基于二次开发技术利用假想冠轮展成出以圆弧为主动接触线的交叉轴线齿轮副的三维几何模型,并将该模型进行3D打印获得所设计的线齿轮样件。最后,利用线齿轮专用数控铣床加工得到交叉轴线齿轮副样件。4.利用Vericut对本文的线齿轮算例模型进行了加工仿真实验,并与前面文中建立的精确三维模型进行对比,验证了前文提出的加工工艺的正确性。然后,利用加工得到的线齿轮样件试制了平行轴和交叉轴线齿轮减速箱样机,并在线齿轮传动试验台上进行了动力学实验。实验结果表明,所制造的减速箱传动比与设计相符,传动平稳。