关键词： 盾构机主驱动齿轮   齿根间隔断裂   组合代理模型   麻雀搜索算法   稳健性优化  

摘要： 盾构机是由液压推进系统、齿轮传动系统、刀盘系统、泥浆输送系统和盾尾管片铺设系统等组成的用于隧道挖掘的复杂掘进设备,其齿轮传动系统的研究重点主要包括盾构机主驱动齿轮系统和连接盾构机小齿轮与驱动电机的行星齿轮减速器系统。盾构机主驱动齿轮系统包括大齿轮和多组小齿轮,大齿轮与三排圆柱滚子轴承内圈集成为一体,通过螺栓与刀盘系统连接,大齿轮由多组小齿轮驱动,和刀盘系统依靠三排圆柱滚子轴承提供回转支撑,实现回转运动。盾构机主驱动齿轮系统作为整个盾构机齿轮传动系统中尺寸最大,承载最高的传动系统直接影响盾构机的整机使用寿命,并且由于盾构机主驱动齿轮系统尺寸巨大,加工精度较低,大齿轮与三排圆柱滚子轴承高度集成,难易维修更换等因素的影响,因此有必要在设计阶段根据现有的实际施工反馈回来的问题去改善优化盾构机主驱动齿轮系统的参数,提高盾构机整体使用寿命。本文以某直径6米大型盾构机主驱动齿轮为研究对象,通过理论计算和有限元分析盾构机主驱动齿轮失效原因,并考虑工况变化、轴承支撑和间隙和齿轮加工误差的影响,对盾构机主驱动齿轮进行齿形和装配中心距进行稳健性优化,提高盾构承载能力和使用寿命,减少齿轮啮合传递误差范围。主要研究内容与结果如下: (1)通过有限元仿真分析某直径6米大型盾构机主驱动齿轮齿根间隔断裂原因,建立高精度有限元计算模型,进行网格无关性和摩擦接触参数无关性验证,并利用理论分析和Romax验证有限元结果准确性,结果表明盾构机主驱动齿轮齿根间隔断裂原因是大小齿轮齿数不互质、齿形加工误差和齿面载荷分布不均匀三种影响因素叠加导致的结果,因此需要对齿轮齿形和装配中心距进行优化,提高盾构机主驱动齿轮使用寿命。 (2)利用有限元仿真计算三排圆柱滚子轴承在不同工况下的支撑刚度,在Romax中建立参数化的刚柔耦合仿真分析模型,Romax中盾构机主驱动齿轮上的三排圆柱滚子非标轴承刚度采用有限元仿真分析结果进行概念建模,通过拉丁超立方法进行样本点采样进行实验设计,得到多组小齿轮与大齿轮齿形修形参数、与齿轮啮合接触应力、传动误差波动范围之间的计算数据。 (3)通过扩展初始种群麻雀搜索算法(Expanding Initial Population Sparrow Search Algorithm,EISSA)对反向传播神经网络(Back Propagation Neural Network,BP)和长短时间记忆神经网络(Long Short Term Memory Neural Network,LSTM)的网络结构和参数进行优化,通过EISSA增强神经网络对不同数据的拟合能力、泛化能力和稳定性。并通过上述两种神经网络构建组合代理模型,EISSABP&LSTM组合代理模型对不同类型的输入输出数据均具有更优秀的拟合和泛化能力,并可以实现回归、预测等功能,利用组合代理模型对盾构机主驱动齿轮参数化建模仿真得到的输入输出数据进行拟合。 (4)利用EISSA优化搜索算法,考虑三种工况和轴承支撑刚度等因素的影响,对齿轮的齿形和啮合传动误差波动范围进行稳健性优化,优化目标为盾构机主驱动齿轮组的综合寿命最大和传动误差波动最小。其次考虑齿轮加工误差和轴承内圈变形等因素,在齿轮微观修形优化的基础上,优化各个小齿轮与大齿轮的装配中心距,进一步提高盾构机主驱动齿轮的工作性能。 (5)利用Matlab程序编写了齿轮分析和数据回归及优化图形用户界面(Graphics User Interface,GUI),该GUI集成了齿轮理论分析Matlab程序、EISSA-BP&LSTM组合代理模型Matlab程序和EISSA优化模型Matlab程序,可以实现计算齿轮设计初期阶段分析齿轮最大接触应力、最大等效应力和最大等效应力分布深度等情况,该GUI同时可以通过神经网络对导入的多输入多输出数据实现数据拟合功能,并对训练好的代理模型设定优化目标进行寻优。 (6)设计齿轮间接应力测量试验台的初始方案,合理选择监测点,间接测量齿轮啮合位置的等效应力和接触应力,分析不同工况下轴承变形对齿轮啮合面载荷分布的影响,并利用上述代理模型和优化算法对齿轮进行修形,通过实验台验证修形后的齿轮载荷分布情况。

关键词： 主动齿轮轴   残余奥氏体   过盈配合   二次开发  

摘要： 主动齿轮轴是机车转向架中非常重要的部件,齿轮轴与轴承之间良好的配合情况是两者都能稳定运行的前提条件。本文针对企业在某型机车的检修过程中发现其主动齿轮轴轴承座出现尺寸增加的情况,一方面探究导致轴承座尺寸增加的根本原因,为企业后续的工艺改进提供建议,另一方面提供一套判断流程及标准,筛选出可以二次使用的齿轮轴,并对软件进行二次开发,提升工作效率。本文的主要研究内容如下: (1)根据厂家实际的热处理工艺流程,对工件的整个热处理过程进行有限元仿真,分析出在整个热处理流程中热应力与金相组织的变化情况,探究齿轮轴产生尺寸异常的原因。 (2)基于工程反问题的思路,通过观察轴承座表面的现象,结合热处理流程的分析结果,推断出使轴承座尺寸异常的根本原因是残余奥氏体的转换,并提出相应的解决方案。 (3)参照轴承手册为判断齿轮轴能否二次使用建立四项判断标准:轴承内圈最大有效过盈量、轴承内圈最大表面正压力、轴承内圈最大应力、轴承最小有效游隙。借助三坐标测量仪生成轴承座的真实模型,在有限元软件中模拟轴承座和轴承内圈的装配,将计算结果与判断标准比较,最终判断被测齿轮轴能否二次使用。 (4)对有限元软件的后处理部分进行二次开发,使软件可以在计算完成后自动建立坐标系,进而实现对计算结果的坐标系转换、提取及判断,并为操作者提供每个判断标准下合格率的可视化结果。

关键词： 动车组   人字齿轮   齿轮修形   动态特性   疲劳寿命  

摘要： 齿轮传动系统是高速动车组转向架上的核心传动单元。人字齿轮特有的对称结构,具有较低的轴向力、承载能力大、变形量小、重合度高、传动更平稳等优点,广泛应用于高转速传动装置。因此本文以某动车组牵引传动装置为研究对象,以人字齿在动车组齿轮传动中的应用为出发点,对动车组牵引人字齿轮传动系统进行了仿真分析和探索研究,论文主要研究内容如下: (1)以某高速动车组驱动装置相关参数为依据,基于Romax Designer软件建立动车组牵引人字齿轮传动系统仿真模型,进行初步的静力学分析计算,对人字齿轮齿面接触应力、弯曲应力、齿轮啮合重合度以及人字齿轮啮合错位量等进行分析,得出基本结论。 (2)基于遗传算法对齿轮修形参数进行求解,以传动误差和齿面接触载荷为优化目标,以修形量和斜度量为变量,考虑启动、持续和高速等多种工况为约束条件,得到最佳修形参数。基于齿廓修形和螺旋线修形基本原理,使用最佳修形参数对人字齿进行齿廓修形和螺旋线修形,比较修形前后齿轮副的传动误差和轮齿接触应力。 (3)对动车组牵引人字齿轮传动系统进行动态仿真分析,得到人字齿轮模态柔度随转轴频率的变化规律,分析人字齿轮的模态振型和动态啮合刚度,对滚动轴承动态接触载荷和动态位移以及谐波联合激励下响应进行了对比分析。 (4)基于Miner损伤准则、雨流计数法和局部应力应变法对人字齿轮传动系统进行疲劳损伤和寿命评估,仿真分析了滚动轴承的损伤与疲劳寿命,对轴承滚动体与滚道接触载荷分布进行了研究。以Blok方程为基础运用闪温法研究了人字齿轮齿面热胶合,并得出相关结果。

关键词： 变齿厚齿轮   啮合效率   Hertz接触   分形接触   疲劳寿命  

摘要： 变齿厚齿轮是渐开线齿轮的一般形式,其变位系数随着齿轮轴线的变化而变化,可以实现平行轴、相交轴和交错轴传动。由于变齿厚齿轮的工作齿面是渐开线螺旋面,因此它可以和不同类型的渐开线齿轮啮合,满足不同工作环境的要求。变齿厚齿轮还可以通过轴向移动来实现精密传动,在某些对回差要求严格的、精密的传动领域具有明显的优势和广泛的应用前景。变齿厚齿轮作为一种新型齿轮,在强度计算和寿命预测等方面的研究还不成熟。为此,本文以平行轴变齿厚齿轮为研究对象,基于分形接触理论、Hertz接触理论、累积损伤理论、齿轮啮合原理及疲劳寿命理论,对变齿厚齿轮的相关参数、齿面方程、啮合效率、数学模型、齿轮副接触强度、疲劳寿命及疲劳损伤等方面进行研究。本文的研究内容如下所示:(1)考虑变齿厚齿轮齿宽和节锥角的影响,推导变齿厚齿轮齿根根切、齿顶变尖、齿轮干涉的限制条件以及齿轮的无侧隙啮合条件。基于变齿厚齿轮的成形原理和齿面方程,建立精确的数学模型。基于直齿轮啮合效率计算模型推导变齿厚齿轮平均啮合效率计算公式,分析不同参数对齿轮啮合效率的影响,为变齿厚齿轮的设计提供理论依据。(2)基于Hertz接触理论,考虑变齿厚齿轮的几何结构,确定变齿厚齿轮重合度、曲率半径、法向载荷、接触线长、重合度系数、齿形角系数及节锥角系数的计算方法。建立改进后的变齿厚齿轮Hertz接触模型,研究不同节锥角、齿数、模数、压力角对变齿厚齿轮接触应力的影响。(3)基于分形接触理论分析接触面微凸体的变形形式,引入齿面接触系数建立修正后的变齿厚齿轮齿面微凸体分布函数。推导变齿厚齿轮齿面接触系数计算公式,并验证其合理性。基于分形接触理论和Hertz接触理论建立综合考虑齿面粗糙形貌、材料特性、接触点弹性变形等参数的变齿厚齿轮分形接触模型。研究摩擦因素、分形维数等参数对齿面真实接触面积的影响。分别使用变齿厚齿轮分形接触模型、Hertz接触模型、改进后的Hertz接触模型等对齿轮副的最大接触应力进行对比分析。(4)建立平行轴变齿厚直齿轮副动力学模型,通过仿真分析获得齿轮运行的动态应力云图。以啮合过程中变齿厚齿轮动态接触应力为疲劳分析的载荷谱,基于材料20Cr Ni Mo的S-N曲线,计算平行轴变齿厚直齿轮副的疲劳寿命。分析不同材料存活率下齿轮副疲劳寿命和疲劳损伤的变化情况,为工程应用提供理论参考。研究结果表明,本文提出的变齿厚齿轮变位系数限制条件、改进Hertz接触模型及分形接触模型是可行的,对合理选择变齿厚齿轮副变位系数、提高齿轮副传动性能和延长使用寿命具有重要作用,为变齿厚齿轮的实际应用与发展提供了理论基础。

关键词： 激光测量   参数提取   缺陷识别   齿轮点云处理系统  

摘要： 齿轮是一种常用的关键传动零件,在交通运输、航空航天、农业生产等领域广泛运用,对制造业的发展与升级有着不可忽视的作用。近年来,随着我国制造业的快速发展与技术更迭,齿轮零件的生产数量持续增长,加工完成的齿轮需要经过检测质量合格才能用于实际工业场景,投入使用的齿轮也需要定时进行检测以确保性能正常。我国的齿轮测量及缺陷检测技术发展相对滞后,主要还是以接触式测量设备为主。本文基于非接触式测量中的激光扫描技术获取齿轮三维点云,研发出一套齿轮点云处理系统实现齿轮的无接触检测,主要研究内容包括:(1)齿轮点云数据的采集及预处理。基于目标特征选择扫描设备完成原始点云的采集,然后对原始点云进行预处理操作,包括:点云半径滤波处理,基于Laplace算子的平滑处理、结合八叉树和均匀降采样的采样策略、点云法向量的估计。(2)齿轮特征参数的提取。基于经过预处理的齿轮点云数据,使用RANSAC算法拟合特征点云平面,根据齿轮特征参数的特点分别设计齿顶圆直径、齿数、齿宽等参数的提取方法,包括:基于法线和搜索半径提取出外轮廓,再使用统计滤波算法去除外轮廓点云噪声,基于凸包算法实现边界点提取,拟合边界点形成二维圆得到齿顶圆参数和圆心的位置坐标;计算齿轮外轮廓平面点云的质心,围绕质心对外轮廓点云中的点进行逆时针排序,计算排序后的点到质心的距离并形成统计曲线,根据统计曲线波峰点间的夹角确定齿数;最后利用两端面特点提取齿轮两端面平面方程,计算端面之间的距离作为齿宽。(3)齿轮缺陷点云的提取与分类。基于提取出的齿轮参数构建理想齿轮模型,提出一种基于平面的高效点云配准算法,将理论点云与实际点云进行配准,设定阈值偏差,采用点云聚类的方法提取齿轮缺陷点云。提出一种齿轮缺陷点云的分类识别方法:提取径向缺陷长度,将缺陷点云沿径向平面进行投影,将投影图像沿边缘进行分割得到二维图像,计算二维图像的Hu不变矩和致密度,依据这些参数实现缺陷点云的分类,最后根据缺陷偏差值的大小进行渐变赋色处理得到有色缺陷点云。(4)齿轮点云处理系统的开发与验证。综合上述研究结果,完成齿轮点云处理系统的编程实现,系统能够显示齿轮点云和缺陷。分别针对齿轮参数提取和齿轮缺陷点云提取及分类设计验证实验,实验结果证明系统能够实现预设的齿轮点云处理功能。

关键词： 面齿轮   在机测量   测量误差   数据驱动   误差补偿  

摘要： 面齿轮是一种较为新型的齿轮传动零件,其类似锥齿轮用于非平行轴传动且齿面为空间啮合的复杂曲面。针对航空领域高精度应用要求,需要通过多次“加工-测量-反调修正”闭环加工来保证齿面加工精度。该过程如果采用离线测量技术,需要在加工和测量过程中不断进行卸装。比起离线测量技术,在机测量技术能够实现在机床上直接进行测量,避免重复卸装,但目前在机测量技术存在较高的测量误差,仍然无法满足高精度面齿轮的测量需求。为此,本文开展面齿轮在机测量技术的测量精度提升研究,在实现基本的面齿轮在机测量技术的基础上,分析主要的在机测量误差来源,并通过机理建模方法研究减少在机测量关键误差项影响的方法,随后结合数据驱动方法,研究在机测量误差综合补偿方法,为高效高精面齿轮加工提供基础。全文的主要研究内容如下:(1)研究面齿轮在机测量的基本数学模型。通过建立面齿轮齿面方程和研究齿面加工误差评价方法,计算得到待测点的理论坐标,并根据测量原理进一步规划面齿轮在机测量路径,给出面齿轮在机测量误差评定方法。(2)分析面齿轮在机测量关键误差项及研究控制方法。针对测量坐标系建立误差,研究测量坐标系精确建立方法,并分析测量坐标系误差的灵敏度,建立最小化模型,将测量坐标系建立误差问题转化为信赖域最小二乘问题。测头系统误差方面,构建测头预行程力学模型及其常规校准方法,并提出一种专门针对面齿轮测量的预行程校准改进策略,策略校准精度更高而且高效。进行在机测量运动链的空间几何误差分析,建立了包含机床几何误差及测头、工件安装误差在内的53项空间几何误差模型,并通过各个误差元素的灵敏度,找到关键的测量误差源为测头安装误差及Y轴绕z方向转动误差。(3)研究面齿轮在机测量误差综合补偿方法。通过机理建模方法的测量误差补偿后,进一步进行基于BP神经网络的在机测量误差补偿,并通过实验验证了数据驱动方法能有效地减少在机测量误差,并且,比起单独使用数据驱动补偿,采用机理及数据协同驱动方法的补偿效果更有效。(4)开发在机测量数据处理软件,并在磨齿机上进行了面齿轮在机测量实验,通过对比基于本文研究方法补偿的在机测量结果和齿轮测量中心的测量结果,实例结果显示将齿面偏差在机测量最大误差从9.9μm减至4.1μm,有效地降低测量误差50%以上,验证在设备精度较高的情况下,本文研究方法具有有效性。研究表明,本文研究的机理和数据驱动补偿方法能有效地提升在机测量精度,能够在高精度磨齿机上实现面齿轮的高精度在机测量,对面齿轮高效高精加工具有重要的意义。图64幅,表20个,参考文献93篇

关键词： 激光熔覆   数值模拟   成形质量   组织演变   力学性能  

摘要： 煤机智能装备零部件长期处于交变重载、矿物颗粒及潮湿环境下服役,极易发生失效报废。齿轮轴作为煤机装备的核心部件之一,每年因其失效而造成的报废约占总故障的10.3%,造成较大的材料浪费与经济损失。激光熔覆技术由于具有绿色环保、成形质量良好、经济效益高等优点,可用于矿用大型齿轮轴再制造工作,以提高其耐磨、耐蚀等性能。在齿轮轴修复过程中若采用工业界中广泛使用的基体水平布置形式,或将导致激光头与基体发生干涉,进而损坏设备。因此,亟需开展基体倾斜工况的激光熔覆工艺研究。针对上述问题,本文围绕矿用大型齿轮轴激光熔覆修复过程,综合数值模拟与实验结果,分别对基体倾斜工况下熔池生长过程仿真、单道熔覆成形及多道熔覆层性能等三个层面进行了系统性地探究,为矿用大型齿轮轴激光熔覆再制造提供了理论依据。本文的主要研究工作如下:（1）采用Fluent模拟了不同基体倾角、扫描方式对熔池温度场分布、流场分布及成形轮廓参数的影响。结果表明:沿斜面横向扫描时,熔池整体温度随倾角增大而趋于下降且到达稳态的时间增大。Marangoni效应随倾角增大而衰弱,使得熔池在形貌维度上的扩展能力降低,导致熔高、熔宽、熔池体积减小。其轮廓由平面熔覆时的“子弹形”转变为大倾角时的“三角形”,并且熔池前沿的速度峰值也有所降低。沿斜面纵向扫描时的熔池演变规律同横向扫描时的结果一致,但变化幅度较小。（2）建立了受激光衰减率作用的激光能量密度分布数值模型,设计了单道熔覆实验,研究了不同基体倾角、扫描方式对成形质量及组织演变规律的影响。结果表明:能量密度、粉末利用率与倾角呈反比,且光强分布对称中心向斜面上坡移动。沿斜面横向扫描时,熔宽、峰值偏移量与倾角呈正比,其余参数呈反比。熔覆层不对称性随倾角增大而愈加显著,重力驱动的流淌作用将延长晶粒长大时间,并且物质循环主要集中于熔池下沿,使其晶粒尺寸较上沿更大,组织类型转变更丰富。沿斜面纵向扫描时,熔宽与倾角呈正比,其余参数变化规律与横向扫描方式的结果一致,其中纵向向下扫描方式具有更优的成形质量与稳定性。（3）设计了多道搭接熔覆实验,探究了基体及不同搭接方式下获得的熔覆层的耐磨、耐蚀、力学性能差异。结果表明:粉末利用率与倾角及搭接率呈反比。熔覆层的硬度较基体硬度(340 HV)提升约1倍。耐磨性能较基体显著提高,磨损率约为基体的38.75%～45.16%,磨损机制以磨粒磨损、粘着磨损为主,伴随轻微氧化磨损。熔覆层由于含大量Cr元素,可促进钝化膜生成以阻碍腐蚀,其耐蚀性能较基体显著提高;电化学腐蚀表面仅存在轻微点蚀孔,盐雾腐蚀240 h的腐蚀速率最高为基体的23.99%,腐蚀产物为长条柱状Cr氧化物。熔覆层抗拉强度约为基体（910 MPa）的1.6倍以上,塑性低于基体,其断裂形式为解理脆性穿晶断裂。其中,水平面搭接方式的熔覆层性能优于非水平面搭接方式的熔覆层。在非水平面搭接方式中,“横向扫描,纵向向上搭接方式”的熔覆层硬度、耐磨性能、耐蚀性能及抗拉强度相对较差,而“纵向扫描,横向搭接方式”与“横向扫描,纵向向下方式”的熔覆层各项性能差异较小。本论文共有图66幅,表16个,参考文献99篇。

关键词： 面齿轮故障   有限元分析   时变啮合刚度   动力学建模   响应分析   特征指标  

摘要： 目前面齿轮已广泛应用,且应用场景要求高,但是面齿轮不停地运转难免就会有损伤,有必要开展面齿轮故障诊断方面研究。故障诊断的基础是故障机理研究,通过建立合理的故障模型,探究面齿轮故障变化规律,并提供相应的理论支持,以便于面齿轮发生故障时及时进行诊断。面齿轮动力学是研究面齿轮传动的动态过程中的啮合特性,当面齿轮发生故障时,面齿轮的啮合刚度和接触点等动力学参数相应发生变化,其中时变啮合刚度对故障尤为敏感,在激励的作用下,面齿轮便会产生振动,原有的振动信号在故障发生时会因其改变,基于这一变化原因,本文主要做了如下工作: (1)针对目前面齿轮时变啮合刚度和动力学行为等研究都是基于正常的面齿轮,本文通过三维软件构建了含有不同程度的点蚀、磨损和裂纹故障的面齿轮,与直齿轮组成面齿轮传动系统。以有限元为分析工具,通过Hyper Mesh对模型划分网格,以及使用ANSYS定义材料属性、设置约束条件等,静力学仿真分析获得了正常状态下和各种故障状态下的面齿轮时变啮合刚度,由于故障齿抵抗变形能力降低,故障状态下的时变啮合刚度值低于正常的面齿轮时变啮合刚度。 (2)针对目前面齿轮动力学模型考虑的激励因素并不全面,本文使用集中参数法,基于牛顿第二定律建立了面齿轮-直齿轮传动系统的动力学模型,该模型综合考量了齿侧间隙、随时间变化的啮合刚度和传递误差等多自由度正交面齿轮传动动力学模型。为了计算该模型的解,本研究采用了自适应的变步长龙格库塔法,通过matlab编程ode45函数求解了正常面齿轮及不同故障程度的动力学响应。分析了转速、齿侧间隙和传递误差对正常面齿轮响应信号的影响,合理的齿侧间隙有助于减小振动,传递误差会加大振动,因此加工时尽可能提高精度以减小制造误差。 (3)以有限元求解的故障状态下的时变啮合刚度和建立含多种激励的多自由度动力学模型为基础,研究了点蚀、磨损和裂纹3种故障对动力学响应的影响,另外也探究了故障与齿侧间隙和传递误差耦合作用下的动力学响应变化。对响应信号进行时域和频域分析,以及根据时域的一些特征参数公式对时域振动信号提取特征值并归一化处理,发现不同故障程度下的特征值随损伤程度线性增加,针对不同故障对应的敏感特征参数也略有不同,实现了面齿轮定性故障诊断。

关键词： 微线结构光   传感器设计   高分辨率远心光路   系统评价   齿轮齿廓测量  

摘要： 线结构光三维测量技术因其无损伤、高效、高精度等优势,广泛应用于工业及科学的各项领域。为实现小模数齿轮齿廓高精度三维测量,本文提出一种视场、物距、测量范围均较大的高分辨微线结构光远心测量系统。首先,根据光三角测量原理,以小模数齿轮齿廓测量为应用背景确定各项光路参数,从协调光学分辨率及景深两项参数的目的出发,论证了最佳光路搭建角度,论述了投影宽度极小的光条对于提高测量分辨能力及测量精度的重要性,建立随投影距离变化的光条宽度近似模型及深度像素分辨率方程,通过调研论证了设计加工高精度光学狭缝的可行性。根据以上理论分析及论证完成光路元器件选型及光路搭建。其次,完成系统评价。使用高精度分辨率测试靶进行成像镜头倍率检测,使用三种边缘检测程序及两种不同的光照强度进行对比实验,结果表明镜头倍率与标称值接近。通过测试分辨率靶目标元素像面灰度对比度随物距变化情况,获得镜头景深及其极限分辨率。使用标准量块组合获得确定高度差并使用不同视场区域进行测量,获得系统单位像素深度均值及波动范围,从而推论成像畸变对深度测量影响较小。通过改变被测表面与测量系统的相对距离获得不同宽度的投影条纹,从而确定系统深度测量范围、投影条纹的最小宽度及其边缘质量。使用标准量块及一级平晶研合1μm高度差并使用搭建系统进行识别,结果表明系统可准确分辨1μm高度差。最后,完成系统标定及应用。建立系统标定理论模型,根据检测出的系统参数,获得实际标定方程。将搭建系统应用于立铣粗糙度样板▽5至▽7表面轮廓测量实验中,获得被测表面轮廓线及粗糙度评定参数,将测量结果与触针式轮廓仪测量结果进行对比,结果表明,搭建系统测量结果与轮廓仪一致。将搭建系统应用于直齿渐开线齿廓测量实验中,使用自适应阈值分割算法进行条纹中心提取,所得测量结果相对于理论渐开线的总齿廓偏差为2μm。综合各实验结果,分析系统测量误差来源,给出系统改善方案。本次设计搭建的微线结构光测量系统,投影条纹宽度小,光学分辨率高、测量分辨力强,测量范围、工作距离大,应用范围广,可实现渐开线齿轮齿廓高精度测量,系统整体符合各项设计要求。

关键词： 喷油润滑   喷嘴角度   齿轮箱内流场   温度场  

摘要： 在高线速度齿轮传动系统中,通常使用喷油润滑的方式进行润滑与冷却,而齿轮旋转所产生的气流会形成空气屏障,以阻碍润滑油进入齿轮啮合点且使润滑油流束破碎。本文以高线速度齿轮喷油润滑系统作为研究对象,基于喷油润滑流场中的气流干涉特性与流动规律探究喷油喷嘴角度以及喷油参数的优化,以提升高线速度齿轮传动系统润滑效果。其研究成果及创新点如下: (1)基于CFD(计算流体力学)理论建立了高线速度齿轮传动系统齿轮副啮入侧喷油润滑流场仿真模型,基于流场速度流线特征获得了最优喷嘴角度(喷油角度、安置点),并通过啮合区润滑油体积分数与油压数据验证了最优喷嘴角度的正确性。揭示了齿数、模数、转速、传动比对齿轮箱内气流流动特性的影响规律以及对最优喷嘴角度的影响。 (2)建立了轮齿啮合摩擦热分析CFD流场与温度场耦合仿真模型,编写了加载热流密度的UDF接口代码,分析了多种喷嘴角度下恒流量润滑的流体域温度场分布,结果表明,最优喷嘴角度布置下的齿轮啮合区平均温度较常规喷嘴角度下降了5.24K,验证了最优喷嘴角度结果的正确性。 (3)建立了高线速度齿轮传动系统啮出侧喷油润滑方式的流场仿真模型,基于流场速度流线特征,发现啮入侧喷油润滑喷嘴角度确定方法同样适用于啮出侧喷油润滑模式,且啮出侧喷油润滑喷油流束与气流干涉现象显著,并分析了喷油速度对啮出侧喷油润滑效率的影响。 (4)基于高线速度齿轮传动系统齿轮副啮入侧喷油润滑流场特性以及啮合区上方的气流路径垂直方向上的力学平衡分析,搭建了一种低成本、易实现的齿轮箱内气流路径观测试验台,试验结果表明,气流路径与仿真分析的流场特征相吻合,验证了高线速度齿轮传动系统齿轮副啮入侧喷油润滑流场分析仿真结果的正确性。 图72幅,表6个,参考文献75篇