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披荆斩棘 — 陈扬枝教授探寻线齿轮创新创业之路
发表时间 2017-10-25 14:04 来源 本站原创

  2012年11月16日党的十八大闭幕期间,本报以《机械工程的科学和技术—现代工业文明的起源》为题,报道了华南理工大学机械与汽车工程学院陈扬枝教授原创发明线齿轮理论和技术。五年过去了,正值党的十九大召开之际,本报记者周丽跟踪采访了陈扬枝教授,了解到他从事线齿轮创新与创业的艰辛历程。

  一、问是非,持续理论创新路

  任何一个新理论,从提出到完善的整个过程都是需要经过时间和实践的检验,这是科学发展的基本规律。线齿轮的空间共轭曲线啮合理论是陈扬枝教授提出的,2007年他首次在法国召开的世界机构与机器理论大会上(IFToMM World Congress 2007)公开宣读空间共轭曲线啮合方程的研究论文。此后,陈扬枝教授分别于2007年、2011年和2015年连续三次获得国家自然科学基金项目资助,系统地开展线齿轮设计理论、制造技术基础、线齿轮应用理论、线齿轮副润滑理论等线齿轮基础理论研究,主要研究成果发表于ASME J.Mech.Des., MAMT, Mech.Sci., JSME J. AMDSM, Scientific Reports. Trans. CSM. Int J Adv Manuf Technol. Proc IMechE Part C: J Mechanical Engineering Science等十多种著名国际期刊;有关线齿轮及其变速器技术获得授权专利20多件;申请了4件国际PCT专利和3个美国专利,其中已授权美国专利1件。2014年6月在科学出版社出版了国内外第一本有关学术专著《线齿轮》。相关研究项目培养了两名广东省优秀硕士论文获得者。

  目前,为了线齿轮的早日工业化应用,有关线齿轮的润滑理论与技术、表面涂层技术等方面仍在不断深入研究探索中。

  二、求实用,勇闯制造创业路

  陈扬枝说:对于工程学科,学以致用是理论创新的最终归途。

  陈扬枝又说,然而理论创新从0到1的实现,并不等同于相关应用技术和产品的从1到100的完成,其间还缺少产业化技术的从0.5到1,产品应用的从1到10两个过渡阶段。这个是从工程科学研究到产品开发应用的普遍规律。

  目前线齿轮理论不断得到完善,线齿轮应用开发也不断获得了相关国内外授权专利。但是,陈扬枝同时也感受到,一方面研究经费有限,另一方面,专利维护费用逐年增加,专利逐渐地成为了一种额外的负担!更重要的是,每个专利的保护期都是有限的,实用新型有效期仅仅10年,发明专利也不过20年;陈扬枝从2005年开始申请第一个线齿轮相关专利,至今一些专利已经逐渐逼近保护期限,其根本原因在于国内还未形成专利技术利用和转化的有效机制。现状使得陈扬枝心急如焚!第一个完全由中国人创造的新型齿轮理论和技术,如果过了专利保护期,率先实现线齿轮产业化的可能是西方发达国家齿轮行业领先制造商,因为他们拥有更雄厚的齿轮制造技术、装备和人员基础。

  齿轮作为核心机械基础零部件应用是最广的,目前国际工业齿轮行业每年大约有1600 亿美元的市场规模。我国齿轮市场约每年2500亿元人民币,其中高端齿轮产品进口额约为136亿美元,进出口逆差约83亿美元。工业齿轮行业产品种类多样,整体集中度较低,其中前10 大制造商市场份额合计约20%,德国制造商Flender 排名第一,市场占有率仅为6.3%,其它的国际主要齿轮箱制造商还包括德国的SEW、伦茨、诺德,意大利的邦飞利、布雷维尼、康迈尔,日本的住友,英国的戴维布朗,比利时的汉森,美国的福克等公司。

  陈扬枝发明的线齿轮具有以下特点:

  1.线齿轮没有根切现象,避免了数百年来制约传统齿轮制造的根切问题;

  2.线齿轮可实现平行轴、任意角交叉轴或交错轴传动,各类线齿轮机构的最少齿数都可以达到1。传统齿轮除蜗轮蜗杆机构之外设计时都有最少齿数限制。它占空比小,如线齿轮副与普通圆锥齿轮副相比其占空比为1:8。线齿轮单级传动比可以达到几十,甚至更大。

  3.由于线齿的理论齿形是“线”。理论上线齿轮的尺度可以做到无限小,这就为线齿轮的微小化或微米化和纳米化提供了理论基础。

  4.线齿尺度可以按强度条件进行设计,线齿轮也可以应用于常规工业传动。

  5.线齿轮的加工仅需保证空间共轭的主、从线齿接触线的啮合精度,因此,线齿轮的制造技术比较简易。目前适用的几种线齿轮制造技术包括靠模制造、3D打印、数控加工等。

  6.线齿轮不适合于重型大功率传动。线齿轮传动是完全点接触啮合过程,它不适合于大功率传动。它特别适合于微小空间的中小功率传动或运动传递,如分度、微纳操作等。线齿轮产品将可以广泛地应用于包装机械、食品机械、仪器仪表、玩具、微小型机器人等行业,长远看有可能形成百亿规模的新行业。

  但是,实现线齿轮产业化谈何容易!一方面,陈扬枝教授要承担学校的教学、科研及其它工作。另一方面,要实现线齿轮产业化技术从0.5到1,再实现线齿轮产品的从1到10,这两个阶段都需要大量的资金、人才等配套支持!传统的产、学、研、官项目开发模式并不适用于线齿轮技术的产业化,因为它不是传统齿轮产业,更不是传统优势齿轮产业,不存在线齿轮产业领导者,因为线齿轮产业目前是0,而产、学、研项目的合作模式仅仅是支持行业领先者锦上添花的项目。近年来陈扬枝实现线齿轮产业化的理想再次陷入无米之炊的困境,如同十多年前零支持的线齿轮理论研究起步阶段!

  山重水复疑无路,柳暗花明又一村。在当今中国社会所处的“全民创业,万众创新”的环境下,陈扬枝实现线齿轮产业化之梦迎来转机。2016年11月,华南理工大学机械与汽车工程学院得到广东省佛山市南海区科技与信息化局邀请,要求推荐有专利技术成果的教授到当地进行科研成果产业化落地工作。在学院推荐下陈扬枝申报了南海区“蓝海人才计划”第七批创新创业团队项目“第一代线齿轮专用数控铣床的开发与应用”,于2017年4月获得I—C类立项资助及配套经费200万,与佛山南海中南机械集团有限公司合作,在南海大沥镇中峪机械智能机械装备孵化中心,成立佛山市二轴半科技有限公司,从此正式开启线齿轮产业化探索之路。2017年8月,陈扬枝教授团队参加了大沥镇创新创业大赛获得银奖;他又参加“创客中国”广东省创新创业大赛暨首届“创客广东”大赛获得企业组优胜奖(第9名),进入即将于10月份举行的“创客中国”决赛。目前,陈扬枝教授团队与中南机械集团公司的数控机床研发团队合作,在中南机械“佛威”数控机床上改装研制了第一台线齿轮专用数控铣床,应用自主设计的专用铣刀加工出了凹凸弧线齿轮,取得了阶段性进展!

  千里之行,始于足下。年过半百的陈扬枝已经勇敢地投身到万众创业的浪潮中。尽管他仍然面临着专利转让、资金、人才等等困局,但他表示将义无反顾地勇往直前,只为了与线齿轮专利技术的保护时间赛跑,只为了实现中国人发明的线齿轮首先在中国产业化的梦想!