华南理工大学陈扬枝教授发明新型齿轮机构

古代的齿轮机构是基于经验的制作，没有相应的设计理论，没有批量生产的技术。16－17世纪欧洲产业革命后，特别是渐开线齿形的出现，使齿轮工业跨进一大步。

1525年，Albrecht Derer发明了外摆线齿形；

1694年法国学者Philippe De La Hire首次提出渐开线齿形曲线；

1733年法国人M.Camus提出Camus定理，建立了齿轮啮合接触点轨迹的概念；

1765年后欧洲人建立了Euler-Savary方程；

1873年德国工程师Hoppe奠定了现代变位齿轮的基础；

1893年，Wilfred Lewis提出了计算轮齿弯曲应力的公式，1895年以后建立了计算轮齿接触应力的公式。19世纪末，展成切齿法及其机床刀具的发明，为渐开线齿轮的工业应用奠定了基础。

1907年，英国人Frank Humphris发明了圆弧齿形。

1940年代齿轮几何学的一般分析方法开始形成。

1950年代基于表面接触强度和轮齿弯曲强度的齿轮传动设计方法初步形成。

1970年英国工程师R.M.Studer获得了双圆弧齿轮的美国专利。

1980年代后建立了齿轮空间啮合理论。

……

在过去的几百年里，工业应用齿轮（包括直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆等）都是以某一种平面曲线（外摆线、渐开线、圆弧等）为齿形曲线而构造的空间曲面为接触齿面，并按空间曲面啮合理论进行设计的连续啮合传动机构。

现代社会的发展，促进了微小机械装置（1～100mm）和微机械装置(10μm～1mm)的快速发展，微机械学成为机械学科前沿之一。微小机械和微机械的核心功能之一是实现微小空间内小功率传动和（或）连续运动传递。传统的齿轮机构无法满足这种要求，尤其无法实现微小空间内交叉轴之间的运动或动力传递。

2005年开始，华南理工大学机械与汽车工程学院陈扬枝教授，在前人研究的基础上发明了空间曲线啮合轮（Space Curve Meshing Wheel, SCMW）或称微小弹性啮合轮（Micro Elastic Meshing Wheel，MEMW）传动机构。并且，他与合作者研究建立了空间曲线啮合方程，并以此为基础建立了SCMW设计的基本的理论柜架和计算公式，包括重合度计算公式、传动比（包括最大和最小钩杆数）计算公式、几何尺寸计算公式等等；初步研究了基于数控加工技术的新型传动轮钩杆的靠模法制造方法及工艺。部分研究成果已经发表于《Journal of Mechanism and Machine Theory》、《Journal of Mechanical Design》、《Proceedings of 12th IFTOMM World Congress》等国际著名期刊和国际会议论文集，同时申请了几项专利。SCMW是基于发明者建立的空间曲线啮合理论、以空间曲线为接触齿形的新型齿轮机构，它特别适合于微小空间内交叉轴间的连续传动的要求，具有传统齿轮无法比拟的一些特点，例如，它的单级传动比可以大于12，最少齿数为4，其空间占用率（按体积计算）约为相同传动比的圆锥齿轮副的1/8，因此，可望广泛地应用于微小机械或微机械装置。陈杨枝教授的发明为齿轮啮合理论的研究开创了一个新的分支，SCMW的工业化应用将为未来齿轮行业的发展增添新的产品系列，带来无法估量的经济和社会效益。

共同发明弹性啮合与摩擦耦合传动机构

传统的机械传动方法有两种，一种是啮合传动，另一种是摩擦传动。1998年开始，陈扬枝作为第二发明人与黄平等发明并研究了弹性啮合与摩擦耦合（Elastic Engagement and Friction Coupled, EEFC）传动机构。陈扬枝教授主要研究了EEFC带传动和小载荷EEFC轮传动机构，作为第一作者在《Journal of Mechanism and Machine Theory》等国内外期刊上发表了一系列研究论文。

陈扬枝等研究表明，EEFC带 传动的传动过程是带传动副表面上大量微结构（弹性钩杆）的综合行为，其中弹性钩杆之间发生随机啮合，啮合概率与钩杆的形状、尺寸、材料的弹性模量等机械物 理参数有关；钩杆啮合过程受力产生的弹性变形不仅直接决定其啮合传动力大小，而且又会影响两钩杆的啮合和脱离过程，反过来影响钩杆啮合概率。同时，EEFC带传动副接触表面的摩擦力也是构成EEFC带传动力的组成部分。

EEFC带传动技术具有独特的优点，它无需传统摩擦带传动的张紧装置，而且造价低，它适用于较小功率、较小尺寸机械装置的较大中心距两轴之间的动力传递。

通过完成EEFC带传动技术的标准化工作来实现EEFC带传动技术的工业化应用，从而使EEFC带传动技术创造出应有的社会和经济效益，这是一个值得期待的目标。

医用微机器人领域的创新应用研究

现代社会消化道疾病日趋成为常见病和多发病，严重影响着人们的健康和生活。因此，医用胃肠道诊疗微机电系统（MEMS） 研究成为交叉学科的研究热点和难点之一，包括胃肠道内窥微胶囊系统、消化道定位药物释放系统、消化道定位取样系统。例如，消化道定位药物释放装置外型类似 胶囊，患者只需吞服该“胶囊”，其余工作都可由医务人员在电脑屏幕上监控和操作，方便简单。目前，它有两大功能：其一，凭借其定位系统和自身独特的功能， 可以将每次治疗所需的药量安全可靠的输送到患者消化道（胃，空、回肠，结肠等）患处，极大的提高药物的疗效和缩短患者康复进程。其二，它作为新药开发的一 种新型技术平台，具有试验数据可靠、降低新药开发失败率等特点，已经在国际制药领域得到较为广泛的应用。

华南理工大学医用MEMS实验室自2000年以来开展了医用胃肠道诊疗MEMS系统研究，取得了部分成果。例如，陈扬枝为第一发明人的“化学反应气压式微胶囊药物释放方法及其装置”和“医用微机器人自润滑新型轮式驱动方法”获得国家发明专利授权。

……