孫鴻基，董小平，范衍澤，肖志敏，高天翔

（1.河北大學(xué)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督學(xué)院，河北保定 071002；2.汽車制造質(zhì)量教育社會實踐基地（河北大學(xué)—長安汽車），河北保定 071002；3.河北大學(xué)電子信息工程學(xué)院，河北保定 071002）

0 引言

在“中國制造2025”戰(zhàn)略環(huán)境下，當前許多國內(nèi)大型工程面臨大型設(shè)備制造與使用的難題。針對其中大型齒輪起動和制動時因齒輪轉(zhuǎn)動慣量過大[1]而導(dǎo)致起動與制動困難的問題，開展本創(chuàng)新項目的研究。本創(chuàng)新項目采用設(shè)置齒輪內(nèi)部通電線圈的方式，設(shè)計了一種電磁自輔助起動與制動齒輪[2]（以下簡稱“電磁自輔助齒輪”），通過電磁力給齒輪施加轉(zhuǎn)矩，利用單片機控制電流從而控制轉(zhuǎn)矩大小，同時還可以減少振動。本項目的實施，對大型工程的效率提高和成本節(jié)約均起到重大作用，具有深遠的社會意義和巨大的工業(yè)價值。

1 電磁自輔助起動與制動齒輪結(jié)構(gòu)和工作原理

電磁自輔助齒輪結(jié)構(gòu)上是在普通的漸開線齒輪齒中內(nèi)置線圈，沿圓周分布（圖1）。每個線圈都單獨連一根總線，自成一路，單獨受單片機控制。

兩齒輪嚙合運轉(zhuǎn)時，在齒1 即將于齒4 嚙合之時，齒1 線圈通以逆時針電流，同時齒4 線圈通以順時針電流，產(chǎn)生一適當大小的電磁斥力，隨著兩齒距離越來越靠近，該力也會隨之增大，在完全接觸以后，停止通電，電磁力也同時消失，該行為可起到輔助制動和減振作用；如果通之以同方向的電流，則可起到輔助啟動的作用（圖2）。同理，齒2、齒3、齒5 可以根據(jù)需要選擇電流方向與大小來進行調(diào)節(jié)。在此過程中，未參與嚙合運動的齒內(nèi)線圈將不予通電。

圖2 工作原理示意

2 供電方案

在其他條件相同的情況下，電磁力的大小完全取決于電流的大小，因此需要根據(jù)需求的力的大小設(shè)定相應(yīng)的電流大小。根據(jù)康玉寬[3]等人的研究，兩同軸通電圓柱形螺線管間電磁作用力F 如下：

可是在實際嚙合的過程中，線圈并不是同軸接觸，所以需要加上修正系數(shù)Φ，即Fa=ΦF。該系數(shù)應(yīng)該根據(jù)實際情況由實驗測定。

3 結(jié)論

（1）齒輪線圈內(nèi)置于齒內(nèi)，每捆線圈單獨受控，線圈通電產(chǎn)生電磁力輔助起動與制動。

（2）采用反向通電消磁。

（3）可應(yīng)用于大型齒輪的起動、制動和減振。