“发明‘对构齿轮’，灵感来自于小时候玩的‘滚铁环’游戏。”7月25日，重庆大学机械传动国家重点实验室陈兵奎教授介绍说。
7月24日，搭载中国空间站问天实验舱的长征五号运载火箭成功发射。问天实验舱阿尔法对日定向驱动机构对构齿轮传动的研发工作，正是由陈兵奎教授团队承担。
▲重庆大学自主研发对构齿轮传动，用于问天实验舱阿尔法机构。（重庆大学供图）
对构齿轮保障柔性太阳翼24小时不间断“追日”
根据央视的解读，本次问天实验舱配置了目前国内研制的最大面积可展收柔性太阳翼，单翼全展开状态下长达27米，面积达平方米，不管是展开面积还是供电能力，全新升级后的“翅膀”都达到了天和核心舱太阳翼的两倍之多，双翼超万瓦级的供电让空间站基本实现了“用电无忧”。
据介绍，受太阳入射角和空间站飞行姿态的影响，太阳翼的发电效率会因时段不同、姿态不同而产生相应变化。为让柔性太阳翼24小时不间断追踪太阳，保持最高状态的发电效率，保障空间站用电，问天实验舱首次采用了我国目前设计规模最大、连续工作寿命最长、传输功率最大的大型回转运动类空间机构产品——对日定向装置，实现太阳翼双自由度同时转动，确保每一缕阳光都垂直照射在太阳翼上。
“我们历经8年自主研发的对构齿轮传动，用在阿尔法机构中，可以保持太阳翼如向日葵一样，一直追着太阳，汲取能量。”陈兵奎说，对构齿轮的发明原理，来自很多人小时候玩过的“滚铁环”游戏。
“滚铁环直走的时候，铁环垂直于地面。而拐弯的时候，铁环与地面倾斜。因此，我们猜想曲线与曲面的接触会具有很好的误差适应性。”陈兵奎和团队在“滚铁环”原理基础上，经过研究，提出了具有很好误差补偿能力的线面对构齿轮传动。
▲模拟小齿轮在大齿圈中的传动。（重庆大学供图）
连续奋战百天完成产品交付，已获3项国际专利
据介绍，基于问天实验舱对日定向装置的对构齿轮研究，从年开始到今年成功发射升空，用时近8年。近年来，团队已经陆续形成了曲线—曲线、曲线—曲面的对构圆柱齿轮、对构锥齿轮等的理论体系。截至目前，已获得德国、英国、法国等国际专利3项。此次升空的问天实验舱，采用的正是曲线与曲面的对构齿轮。
回想起科研攻关的这些日子，陈兵奎表示，最艰苦的时候是在年的5月到8月。为了按时交付对构齿轮正样产品，团队成员夜以继日赶工。陈兵奎说：“由于重庆没有高精度的检测设备，产品需要送到成都进行协作检测，为了赶时间，我们当时实验室的机器24小时不停机地生产，一拨人也是24小时接力跑，马不停蹄地把样品生产出来送到成都检测，再不断调校，经过天的连续奋战，最后成功交付。”
陈兵奎表示，问天实验舱中的对构齿轮传动系统中应用的齿轮，经过实验室论证，理论寿命可以达到25-30年，对于太空恶劣环境的耐受能力，也较传统齿轮更为优异。
▲1：1比例的问天实验舱对构齿轮大齿圈。（重庆大学供图）
未来还将推广到汽车和机械制造等行业
此次问天实验舱的成功升空，让重庆大学机械传动国家重点实验室再度引发