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齒輪傳動(dòng)在現(xiàn)代動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中占據(jù)相當(dāng)重要的地位，但是現(xiàn)有的齒輪基本都是依靠直接接觸嚙合進(jìn)行能量傳輸?shù)?，存在效率低、噪音大、需潤滑、大變比場合需要多級變速的缺陷。根?jù)磁通總是力圖通過磁阻最小路徑的原理，參考磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生特點(diǎn)，我們提出了一種非接觸式大變比磁性齒輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是以我們獨(dú)創(chuàng)的轉(zhuǎn)矩星理論為基礎(chǔ)，屬國際首創(chuàng)。該結(jié)構(gòu)具有磁體利用率高、傳動(dòng)比大、效率高、噪聲小、易維護(hù)、使用壽命長等特點(diǎn)。

一、研究目的
本發(fā)明針對傳統(tǒng)嚙合齒輪需要接觸嚙合、潤滑，及有噪音等缺點(diǎn)以及現(xiàn)有磁性非接觸齒輪具有轉(zhuǎn)矩密度低、轉(zhuǎn)矩小、磁體利用率低等缺陷，旨在順應(yīng)當(dāng)前科技清潔、環(huán)保、高效方向發(fā)展的趨勢提出的一種新型的非接觸永磁齒輪設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行相關(guān)的理論、仿真以及樣機(jī)分析實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證此設(shè)計(jì)方案的有效性。對該項(xiàng)目的深入研究，希望在這種全新理論和結(jié)構(gòu)的指導(dǎo)下，開發(fā)出能夠替代機(jī)械式齒輪的新型永磁齒輪，同時(shí)進(jìn)一步完善轉(zhuǎn)距星的理論，從而拓展出更多的嶄新成果。
二、基本設(shè)計(jì)思路
首先，根據(jù)項(xiàng)目總體實(shí)施方案，進(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)的進(jìn)一步閱讀及以確定該新型永磁齒輪基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對于本項(xiàng)目的永磁齒輪進(jìn)行理論分析，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要確定各項(xiàng)參數(shù)，建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)電磁場原理和電機(jī)運(yùn)行的相關(guān)公式計(jì)算該永磁齒輪的轉(zhuǎn)矩大小、磁通密度、運(yùn)行效率等各項(xiàng)指標(biāo)。應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS建立該系統(tǒng)的仿真模型（各個(gè)參數(shù)與理論分析相同），對該系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，改變齒輪的各主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算其對應(yīng)的性能指標(biāo)，根據(jù)結(jié)果列出表格并繪制相關(guān)曲線。根據(jù)有限元分析所得到的各參數(shù)曲線和實(shí)際工藝水平優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的可靠性。根據(jù)系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果設(shè)計(jì)該永磁齒輪樣機(jī)，并委托相關(guān)生產(chǎn)部門根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙生產(chǎn)齒輪樣機(jī)。對樣機(jī)進(jìn)行相關(guān)的運(yùn)行分析實(shí)驗(yàn)，測量系統(tǒng)的各主要性能指標(biāo)。對比系統(tǒng)樣機(jī)指標(biāo)和仿真指標(biāo)，進(jìn)一步完善系統(tǒng)的仿真建模以及參數(shù)設(shè)置。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真軟件和設(shè)計(jì)的樣機(jī)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)和參數(shù)改進(jìn)，發(fā)表高水平的論文和申請專利，爭取尋求合作廠家，為推向市場努力。
三、技術(shù)關(guān)鍵
1、轉(zhuǎn)矩星理論指導(dǎo)轉(zhuǎn)矩星理論揭示了該永磁齒輪的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子所處位置之間的關(guān)系，該理論可以推廣到依靠磁阻原理進(jìn)行工作的其他轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)如磁阻電機(jī)中。轉(zhuǎn)矩星理論為本結(jié)構(gòu)提出的磁阻式永磁齒輪的設(shè)計(jì)原理奠定了基礎(chǔ)。
2、合理的建模分析，對系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模計(jì)算結(jié)果、仿真分析結(jié)果、樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，歸納總結(jié)出該系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)變化對整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)的影響，并進(jìn)一步完善系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模方法和仿真分析方法。
3、步進(jìn)電機(jī)變磁阻產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩理論針對當(dāng)前磁性齒輪轉(zhuǎn)矩小、磁體利用率低等缺陷根據(jù)磁阻電機(jī)原理提出新的永磁齒輪拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并分析其原理的可行性。
4、高性能永磁材料的應(yīng)用，永磁齒輪的性能、設(shè)計(jì)制造特點(diǎn)和應(yīng)用范圍都與永磁材料的性能密切相關(guān)。永磁材料種類眾多，性能差別很大，只有正確選擇合適的永磁材料才能做到設(shè)計(jì)合理，使用得當(dāng)。
5、合理創(chuàng)新式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果對樣機(jī)進(jìn)一步完善，優(yōu)化樣機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，以便達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，進(jìn)一步提高磁體的利用率和增加樣機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度。最終達(dá)到在理論上有重要突破，在技術(shù)上,研制實(shí)際有效的,并可以應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中的永磁齒輪。
四、主要技術(shù)指標(biāo)
1、無摩擦、無噪聲
由于該齒輪能實(shí)現(xiàn)無接觸傳動(dòng)，無需潤滑，所以能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)嚙合式齒輪無法實(shí)現(xiàn)的無摩擦、無噪聲的性能。
2、具有過載保護(hù)能力
由于該齒輪的無接觸傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，所以不會像機(jī)械齒輪那樣因過載而折斷。
3、傳動(dòng)比例大
由于梳齒結(jié)構(gòu)可以做的很小，所以該齒輪的傳動(dòng)比可以很大；該文展示的結(jié)構(gòu)齒輪傳動(dòng)比為25:1。通過適當(dāng)調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，這種永磁齒輪的傳動(dòng)比可達(dá)到50:1，甚至更大?？梢蕴岣吖ぷ餍?。
4、定位精度高
由于運(yùn)用了步進(jìn)電機(jī)理論，該結(jié)構(gòu)具備定位轉(zhuǎn)矩，又因其梳齒小，所以定位精度很高。
5、轉(zhuǎn)矩大
由于使用了永磁材料，所以該齒輪具有較大轉(zhuǎn)矩；隨著高性能永久磁鐵的不斷問世，為這種結(jié)構(gòu)的永磁齒輪提供了巨大的市場潛力。

第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 三等獎(jiǎng)
2010年10月在第四批全國大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃中期審查被評為國家級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。