关键词： 齿轮   故障诊断   自适应多元信号分解   信息融合   信息增强  

摘要： 齿轮的健康状态决定了机械设备的服役质量,当齿轮出现裂纹、点蚀等微弱故障且未能及时发现时,故障会随着生产的进行进一步发展,当故障发展到一定阶段,轻则导致停工维修,重则可能导致灾难性后果。因此开展齿轮的故障诊断研究具有非常重要的工程实际意义。 随着科学技术的不断发展,基于信号处理的故障诊断方法日益丰富。研究人员探索了许多采用单通道信号进行机械设备的故障诊断的方法,这对于机械设备故障诊断具有重要意义。但是,当背景噪声严重或齿轮故障较早时,所采集到的振动信号的故障特征往往不够明显,单通道信号中包含的故障信息可能不足以判断齿轮是否出现故障。由于多通道信号中嵌入的故障信息更全面、更丰富,因此多通道信号处理受到了许多研究者的关注。随着传感器技术的发展,采集多通道振动信号已变得简单易行。因此,有必要对所采集的多通道信号构成多元信号进行处理,进而提取更多故障信息,实现更为全面和准确的故障分析。因此,在国家自然科学基金项目(项目编号:51975193、52275103)的资助下,论文以齿轮箱的关键零部件齿轮作为研究对象,根据不同的应用场景提出了:多元信号信息融合与信息增强方法、多元信号降噪方法、各通道功率不平衡情况下的多元信号分解方法、可用于在线监测的多元信号分解方法、模态混叠性能改进的多元信号分解方法、可提取齿轮微弱故障特征的多元信号分解方法。将所提出的方法及其理论在齿轮故障诊断中的应用可行性进行了探讨。 论文的主要的研究内容和创新点如下: (1)针对多元信号的信息融合与故障特征增强问题,提出了多元局部特征尺度分解(Multivariate Local Characteristic-scale Decomposition,MLCD)与1.5维经验包络谱(1.5-Dimensional Empirical Envelope Spectrum,1.5D EES)的齿轮故障诊断方法。该方法基于局部特征尺度分解(Local Characteristic-scale Decomposition,LCD)提出了MLCD用于分析多元信号。在仔细分析MLCD模态对齐性质的基础上,提出了一种有效的多通道信息融合方法,经信息融合后故障信号分量中的故障特征明显增强。结合经验包络法和1.5维频谱的优点提出了1.5D EES。1.5D EES可以有效降低包络信号的噪声,进一步增强信号的故障特征。将MLCD-1.5D EES方法应用于齿轮故障仿真与实验信号,分析结果表明,MLCD-1.5D EES能有效融合各个通道的信号,增强齿轮的故障特征,实现了齿轮的故障诊断。 (2)针对多元信号的降噪问题,提出了自适应四元数多元局部特征尺度分解(Adaptive Quaternion Multivariate Local Characteristic-scale Decomposition,AQMLCD)。该方法首先定义了一种多元信号降噪方法:四元数奇异值分解故障信息谱(Quaternion Singular Value Decomposition Fault Information Spectrum,QSVDFIS)。QSVDFIS的核心是采用循环调制强度(Cyclic Modulation Intensity,CMI)指标对多元信号中的齿轮故障信息进行评价。QSVDFIS采用CMI指标对四元数奇异值分解的有效秩阶次进行筛选以期达到最佳的降噪效果。QSVDFIS在处理多元信号时要求多元信号各个子信号之间具有关联性,MLCD所获得的多元信号分量具有模态对齐性质,该性质保证了多元信号各个子信号之间的关联性。基于QSVDFIS以及MLCD提出了AQMLCD。AQMLCD能根据多元信号分量自身的特点自适应地降低噪声,实现多元信号的信息融合,并增强信号中故障特征成分。将AQMLCD方法应用于齿轮的试验与仿真信号,结果表明,AQMLCD具有优良的降噪效果,能有效突出信号中的故障特征。 (3)现有的自适应多元信号分解方法采用的是Hammersley投影策略。Hammersley投影策略采用的是均匀采样策略,该策略下所产生的投影向量在分解过程中始终不变。因此,采用Hammersley投影策略所获得的信号分量精度不够高。当多元信号出现功率不平衡现象时采用Hammersley均匀投影的自适应多元信号分解方法对多元信号进行分解时所获得的多元信号分量精度不高的现象尤为明显。此外,Hammersley投影策略需要对多元信号进行多次投影才能获得准确的多元信号分量。因此,Hammersley投影策略严重阻碍了自适应多元信号分解方法分解效率的进一步提升,有必要提出新的投影策略以解决上述问题。 (1)针对现有自适应多元信号分解方法分解各通道功率不平衡情况的多元信号精度不高的问题,提出了一种新的多元信号分解方法:完全

关键词： 齿面波纹度   啮合噪声   齿轮测量   新能源汽车  

摘要： 在电动化和智能化浪潮席卷的背景下,作为由高速电机直接驱动的车辆,电动汽车由于没有了内燃机噪声的隐蔽效应,变速箱噪声更加突出,从而对齿轮的设计和制造提出更高要求。齿面波纹度检测分析,作为齿轮精度检测的补充和拓展,可以弥补传统齿轮精度检测无法与齿轮啮合噪声相关联的缺点,提供新的分析方法和思路。目前,我国关于齿面波纹度的研究刚刚起步,由于国外企业相关技术的垄断封锁,国内企业在使用齿面波纹度检测设备方面仍被迫依赖外国供应商。为了应对这一难题,论文从齿面波纹度的形成原因角度出发,全面系统地展开理论分析、仿真分析和实验验证。论文的研究内容包括: (1)齿面波纹度形成原因的研究。振动是造成齿面波纹度变化的主要原因,而振动可分为整数振动和非整数振动,以蜗杆砂轮磨齿为例,探究在齿轮加工过程中不同振动下齿面波纹度的形成过程。并研究机床加工轴向进给误差对齿面波纹度的影响,工件在连续轴向进给后被加工出来,在轴向进给的过程中形成一种周期性误差,其在齿面波纹度的形成过程中起到重要影响。 (2)齿面波纹度的建模与分析。首先给出齿面波纹度的数学表达式,即谐波振动的一般表达式;其次对齿面波纹度进行建模分析,提出三种分析方法,分别是全齿波纹度曲线、齿面波纹度阶次和齿面波纹线角度,得到并比较全齿波纹度曲线和齿面波纹度阶次的振幅大小及齿面波纹线角度中啮合线与波纹线的接近程度,进而对齿轮噪声质量进行分析。 (3)齿面波纹度在齿轮加工制造过程中的影响因素研究,分析工件台、加工工艺参数(包括齿轮参数)和刀具三个方面。分析机床工件坐标轴即工件台的振动对齿面波纹度的影响,将工件台的振动分为扭转振动和往复直线振动,并与整数和非整数振动相结合,分别对几种振动下的齿面波纹度进行仿真,得出由于机床工件坐标轴振动形成的齿面波纹度特征;仿真轴向进给速度、加工方向(顺向或逆向)、螺旋角(相同或相反)三种参数对齿面波纹度的影响,结果说明轴向进给速度越大,齿面波纹度质量越差,而加工方向和螺旋角的变化对齿面波纹度的影响不大;根据刀具刀刃数量对齿面波纹度曲线进行分类,简化波纹度分析过程。 (4)基于某款新能源汽车动力传动齿轮在传统齿轮精度检测无法区分噪声齿轮的情况下,使用齿面波纹度分析推断出噪声齿轮,并通过台架噪声实验分析得出与波纹度分析一致的结论,证明了本文波纹度分析方法的有效性。

关键词： 点接触曲线构型齿轮   时变啮合刚度   接触特性   动力学   有限元  

摘要： 齿轮产品性能是衡量一个国家制造业水平和科技创新能力的重要标志。目前,国内高端齿轮产品在功率密度、可靠性、承载特性和疲劳寿命等方面与国际先进水平相比差距较大。加快发展高性能齿轮传动产品,对于提高基础零部件的自主创新能力,推动装备制造业向价值链高端攀升具有重要的理论意义和工程实用价值。点接触曲线构型齿轮传动是一种由凸、凹接触齿廓构成的新型齿轮传动形式,具有接触强度高、传动效率高等特点。本文在前期基础理论和设计分析研究的基础上,开展点接触曲线构型齿轮动力学特性研究,提出基于有限元法的点接触曲线构型齿轮时变啮合刚度计算方法,分析点接触曲线构型齿轮动态接触特性。主要研究内容概述如下:(1)提出点接触曲线构型齿轮传动基本原理,确定轮齿齿形参数基本设计原则,分别以圆弧和多段抛物线为空间接触曲线,构建凸-凹接触齿廓形式,完成齿廓曲线一般方程表述,采用齿轮齿条法推导成型齿面方程;运用MATLAB数值计算功能实现空间轮齿齿面成型及仿真分析,进一步利用空间数据点集,结合NX UG软件完成点接触曲线构型齿轮实体模型建立。(2)介绍利用势能法求解斜齿轮时变啮合刚度的计算方法,提出基于有限元法求解点接触曲线构型齿轮时变啮合刚度的计算方法;根据齿轮单齿时变啮合刚度计算公式,利用ABAQUS有限元软件提取齿面综合弹性变形和齿面接触力结果,计算得到点接触曲线构型齿轮的单齿啮合刚度和综合啮合刚度,绘制时变啮合刚度曲线;分析讨论不同齿宽、载荷条件下该齿轮综合弹性变形和时变啮合刚度的变化规律。(3)依据点接触曲线构型齿轮模型,通过模态分析研究点接触曲线构型齿轮的固有频率和振型,对比分析点接触曲线构型齿轮和普通渐开线齿轮的各阶振型和频率;基于模态叠加法进行谐响应分析对比两种齿轮的动态响应和在各自激振频率下的接触应力和接触应变;进一步,基于瞬态动力学分析研究点接触曲线构型齿轮在啮合过程不同时刻齿面等效接触应力的变化规律。(4)利用相关软件建立点接触曲线构型齿轮虚拟样机,在ADAMS软件环境下通过对主、从动轮的角速度对比验证了样机的正确性,仿真得出点接触曲线构型齿轮的法向接触力变化情况,着重对比分析点接触曲线构型齿轮与普通渐开线齿轮的动力学特性,研究啮合刚度对点接触曲线构型齿轮动态性能的影响,为后续研究点接触曲线构型齿轮动力学分析奠定了良好的基础。

关键词： 齿轮箱箱体   声发射   透射系数   传播特性   声源定位  

摘要： 齿轮箱作为高速列车的关键传动部件,一旦发生故障必须要对齿轮箱进行检修,维修不当将可能导致严重的交通安全事故。高速列车齿轮箱箱体作为保护高铁齿轮箱的外部结构,是保障齿轮箱和整车安全运行的关键部件。传统的损伤检测方法难以在保障齿轮箱不受损坏或整车正常运行的前提下进行检测,而声发射检测技术作为一种无损检测技术,既能在保证对齿轮箱箱体进行实时监测,又能在齿轮箱箱体不受损害的情况下进行损伤定位。但目前应用声发射技术对齿轮箱箱体进行损伤检测的研究还很少,并且针对齿轮箱箱体的相关理论研究更是匮乏。本文以高速列车齿轮箱箱体作为研究对象进行相关研究,主要包括推导多层介质下的反射系数和透射系数,利用ABAQUS有限元软件分析了涂层和肋板对高铁齿轮箱箱体结构声发射波传播特性的影响,并采用断铅实验对带涂层和带肋板结构的齿轮箱箱体进行了声发射源定位研究,利用小波变换对带肋板结构的齿轮箱箱体声源定位进行了优化。本文主要对以下几个方面进行了研究:(1)通过建立声发射波倾斜入射多层结构的理论模型,对位移反射系数和位移透射系数的矩阵方程进行求解,分析了位移反射系数和位移透射系数与入射波和介质参数的关系。推导出声发射波垂直入射双层介质和三层介质时的声压反射系数和声压透射系数的关系式,并代入铝合金板、涂层和传感器陶瓷层的相关参数,求解并分析了在双层介质和三层介质下的声压透射系数。(2)利用ABAQUS有限元分析软件建立了带涂层的高铁齿轮箱箱体构件模型,通过施加变激励力,分析了声发射波在铝合金板和涂层的双层结构中声发射波的产生和传播过程,并发现铝合金板中X向的速度和加速度可以表征声发射波在带涂层的铝合金板中的传播历程。采用X向速度计算了在无涂层时铝合金板的声发射波波速与理论波速的波速值,并分别分析了涂层厚度、密度、泊松比和弹性模量对声发射波传播特性的影响规律。(3)为分析带涂层的齿轮箱箱体对声发射波波速和定位的影响,通过断铅实验分别对时差定位法的阈值设置、耦合剂厚度下声发射波波速进行实验分析,得出对声发射波速测量和定位实验最适用的实验条件,并通过实验验证了涂层厚度对声发射波波速的影响规律以及利用小波分析研究了涂层厚度对声发射波频带的影响规律。对不同涂层厚度下的齿轮箱箱体进行声发射源定位实验,得知涂层厚度越小得到的定位误差也会越小。(4)为研究齿轮箱箱体表面肋板对声发射波传播特性影响规律,利用ABAQUS有限元软件分别对不同形状和数量肋板的声发射波传播特性进行仿真研究,分析了不同形状和数量的肋板对声发射波传播特性的影响规律,并通过仿真定位得到不同形状和数量的肋板对定位精度的影响。采用断铅实验对不同肋板数量的齿轮箱箱体进行声源定位,经实验定位与仿真结果对比发现肋板数量越多定位精度越差。最后利用小波变换对断铅信号进行带通滤波,通过得到的模态波优化了带肋板结构的齿轮箱箱体定位结果。

关键词： 塑料齿轮   试验台   静态强度   工艺参数   实验研究  

摘要： 微型齿轮箱具有工作可靠、传动效率高、结构紧凑、传动比精准、传动噪音低等优点,已经成为现代机械行业中关键零部件之一。微型齿轮箱主要由小模数齿轮组成,小模数齿轮分为塑料齿轮和金属齿轮。随着时代的发展,塑料齿轮已经替代部分金属齿轮而被广泛用于新能源汽车、消费电子、智能家居、工业装备、5G通信等诸多领域。与切削加工的金属齿轮和压铸成型的粉末冶金齿轮不同,塑料齿轮采用注塑成型方式,具有质量轻、成型周期短、惯性小、噪声低、自润滑好、耐腐蚀等特点,但也存在强度不够的缺点。小模数塑料齿轮可应用在齿轮箱输入端,承担着传递高转速、小转矩的作用,一旦失效,将导致整个齿轮箱无法使用。对小模数塑料齿轮的强度的测试对预测齿轮箱传动稳定性、使用工况和寿命至关重要。目前针对小模数塑料齿轮静态强度测试仍采用扭力计对扭的方式测量,多次测量取平均值,测量方法虽然简单,但是存在实验结果误差大,测量精度不高,不能准确测量出塑料齿轮的静态强度,所以针对小模数塑料齿轮静态强度的研究很有必要。 本课题基于塑料齿轮静态强度测试原理,研制小模数塑料齿轮静态强度试验台,用于测试塑料齿轮轮齿的静态强度,从塑料齿轮材料与注塑工艺角度出发,采用正交实验方法和控制变量法进行实验研究,通过正交实验找出影响强度的关键工艺参数,对关键工艺参数进行单因素实验并对工艺优化,发现优化后塑料齿轮静态强度优于单因素模具温度、熔体温度、保压压力优化的齿轮强度,为塑料齿轮的结构设计与工艺优化提供了科学试验数据。本文主要研究内容如下: 一、静态强度测试原理与方法 探究小模数塑料齿轮静态强度测试原理和测试方法,进行了塑料齿轮强度计算,并分析影响塑料齿轮静态强度主要因素,为塑料齿轮静态强度试验台搭建奠定理论基础。 二、试验台总体方案 基于静态强度测试原理,明确了静态强度试验台总体设计要求和仪器设计技术指标,制定了试验台的总体方案,并对方案进行可行性分析。介绍了试验台的工作原理与系统组成部分,并对机械零部件进行选型及计算。 三、试验台系统设计 对小模数塑料齿轮静态强度试验台进行系统设计,试验台主要有机械系统、电气控制系统、软件系统三大部分组成。分别对试验台进行了精密机械系统的总体结构设计,进行了关键零部件的设计,重点介绍支架、精密轴系和塑料齿轮工装的设计。对试验台进行电控设计与软件开发,试验台电控方案主要由运动控制系统与数据采集系统两大部分组成,包括伺服电机控制、扭矩传感器数据采集及电气系统的连接方式,介绍上位机的软件开发。进而对试验台进行安装调试,进行同一条件的重复性试验,从而验证试验台的稳定性。 四、静态强度实验研究 采用正交试验法与控制变量法研究不同工艺参数对静态强度的影响,优化工艺参数,为注塑工艺参数优化提供一定科学依据。

关键词： 激光熔覆   等离子熔覆   硬度   耐磨性能   冲击韧性  

摘要： 为了修复失效的坦克传动轴齿轮,本文以失效的坦克传动轴齿轮为主要研究对象,首次使用多因素多水平多目标试验设计方法,选择Ni60合金粉末和WC-TiO2合金粉末,利用激光熔覆和等离子熔覆再制造工艺,在40Cr Mn Mo合金钢基体上分别制备了Ni60合金及其WC-TiO2复合涂层,采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和超景深光学显微镜等方法对涂层组织成分及结构进行表征,并对涂层的硬度、耐磨性等力学性能进行了测试,获得了如下结果。采用等离子熔覆工艺制备Ni60合金涂层,通过分析选取电流170 A;送粉速率6 r/min;离子气流量4 L/min;扫描速度2.5 mm/s进行优化试验,测得涂层硬度为449 HV0.2,比基体硬度提高了1.5倍。涂层截面未见明显的裂纹和孔洞等缺陷,涂层摩擦系数约为0.76,较基体降低约18.4%,磨损机制主要为磨粒磨损和表面疲劳磨损。涂层冲击吸收能量平均值升高到62.9 J,较基体提高约33.8%,冲击韧性得到提高。断口表现为凹凸不平的形态,存在明显的撕裂棱,在撕裂棱之间出现大量的大韧窝,大韧窝周围遍布小韧窝,韧窝分布比较均匀,为典型的韧性断裂。采用激光熔覆工艺制备Ni60合金涂层,通过分析选取激光功率1600 W,气体流量11 L/min,送粉速率10 r/min,扫描速度4 mm/s进行优化试验,测得涂层硬度为727.8 HV0.2,比基体硬度提高了2.03倍。涂层截面未见明显的裂纹和孔洞等缺陷,涂层摩擦系数约为0.61,分别较基体和等离子熔覆Ni60合金涂层降低约14.8%、12.5%,磨损机制主要为磨粒磨损。涂层冲击吸收能量平均值升高到53.75 J,较基体提高约14.4%,较等离子熔覆Ni60合金涂层降低约17%,与基体相比冲击韧性得到提高。断口表面起伏很大,凹凸不平,由大小不同的解理面和白色的撕裂棱组成,为准解理断裂机制,存在了较大沟壑区域,有一些结合力很低的球形物质附着在沟壑壁上,主要为韧性断裂并伴随少量脆性断裂。对比等离子熔覆和激光熔覆的涂层组织和性能结果,选取激光熔覆工艺为修复传动轴齿轮的最优再制造工艺。激光熔覆Ni60/WC-TiO2复合涂层平均值为842.7 HV0.2,是激光熔覆Ni60合金涂层硬度的1.09倍。显微组织可以看出涂层中存在大量WC颗粒和硬质碳化物,起到强化涂层作用。复合涂层平均摩擦系数为0.51,比激光熔覆Ni60合金涂层摩擦系数降低了19.6%。主要磨损机制为磨粒磨损。复合涂层冲击吸收能量平均值升高到52 J,较激光熔覆Ni60合金涂层降低约3.4%,但是比基体的冲击吸收功大,因此复合涂层的冲击韧性得到提高。断口表面起伏很大,凹凸不平,存在大量的WC颗粒、撕裂棱以及解理面,因此断裂方式主要为脆性断裂。

关键词： 齿轮箱   故障诊断   多尺度卷积神经网络   诊断系统  

摘要： 齿轮箱长期在工况复杂、环境恶劣的情况下工作,其中的零件又常常是在高速旋转、较大负载下持续运转,齿轮箱极易发生机械故障。对齿轮箱进行故障诊断,不仅可以使齿轮箱的工作年限更长,减少更换齿轮箱的成本,还可以避免机毁人亡等重大事故发生。近年来,“中国制造2025”、“机器换人、黑灯工厂”等工业现代化的不断推进,工厂的生产设备更加智能化,传统的故障诊断方法对当今的智能化设备故障识别效果稍显不足,面对传统机械设备的转型和升级,对深度学习故障诊断的方法研究具有一定意义。通过齿轮的振动机理分析,发现故障的齿轮进行啮合运动时会产生冲击力,这些冲击产生的振动通过轴承和连接轴导致整个齿轮箱的振动。因此,可以通过分析齿轮箱的振动情况间接地了解齿轮的健康状态。搭建了齿轮箱故障模拟实验平台,采集齿轮箱故障振动信号。针对传统卷积神经网络(CNN)对时序信息特征提取效果不好,对齿轮箱诊断准确率不高问题,提出基于CNN-Bi LSTM-SVM的诊断方法,该方法先将CNN算法与双向长短时记忆算法(Bi LSTM)相结合,使该网络模型同时具有提取空间特征和时间特征的能力,进而对齿轮箱故障数据中故障特征进行深度挖掘,并用支持向量机(SVM)代替传统的Softmax分类方式。通过实验台采集的数据验证,该组合模型诊断准确率为94.3%,比传统CNN网络准确率提高了14.4%。为了避免信号中的全局信息和细节信息可能在降噪、重构或其他操作中丢失,削弱分类的性能问题,提出了CWT-MSCNN的诊断方法,先通过连续小波变换(CWT)将信号转换为二维的时频谱图,并对多尺度卷积神经网络(MSCNN)模型做了改进,通过由4个不同大小的卷积核组成的通道提取时频谱图中的故障特征信息,最后进行特征融合以达到更好的分类性能。用实验台采集的数据和公开数据分别验证了模型性能,在实验台数据集中,改进后的MSCNN模型准确率为97.99%,比改进前的MSCNN模型提高了3.04%;在公开数据集中,准确率达到了98.7%,且收敛速度更快,通过t-SNE降维可视化方法分析,发现改进MSCNN提取的特征向量的类内紧致性和类间分化性较好。在理论分析的基础上,开发了齿轮箱振动信号采集与故障诊断系统,将3、4章的算法融入到系统之中,实现了数据采集、数据预处理、特征提取和图形化显示等功能。CWT时频谱图转换部分通过调用MATLAB实现,模型训练在Python上来实现,将训练好的故障诊断算法模型嵌入Lab VIEW搭建的故障诊断模块中,通过混合编程,使该系统实现了对齿轮箱信号采集分析和故障识别。

关键词： 螺旋锥齿轮   磨削加工   齿轮表面形貌   齿面闪温  

摘要： 附件传动系统是航空发动机必不可少的动力输出部件,螺旋锥齿轮又是附件传动系统必不可少的动力输出零件,是保证发动机正常运行的关键零部件。在航空附件传动系统齿轮箱被击穿、润滑系统被破坏等特殊乏油工况下,螺旋锥齿轮啮合接触处的温度快速上升,如此显著的局部温度升高将使齿轮快速失效。此时摩擦方式为干摩擦,齿面质量对干摩擦引起的闪温大小起着至关重要的影响。磨削作为齿轮加工最终工序对齿面质量起着决定性作用。为研究飞机在这一特殊工况下极限运行时间,本文以某型飞机附件传动系统螺旋锥齿轮为研究对象,基于分形理论对砂轮表面进行模拟,推导磨粒运动轨迹,建立磨削加工后考虑表面形貌的螺旋锥齿轮三维实体模型,将模拟的齿轮模型进行有限元仿真计算齿面闪温,分析砂轮形貌、齿轮形貌和齿面闪温三者之间的关系,实现由计算机生成分形砂轮表面到考虑表面形貌的齿轮三维实体模型再到有限元仿真计算齿面温度的模拟仿真分析。本论文主要研究内容如下:(1)采用结构函数法根据实测砂轮表面数据,计算出砂轮轮廓的分形维数和分形粗糙度参数,推导出砂轮三维表面形貌Weierstras-Mandelbrot分形函数,通过控制变量法模拟不同自变量函数的砂轮表面形貌,将实测砂轮表面形貌与模拟表面形貌进行对比分析,确定自变量函数表达式,最终模拟出基于分形理论的砂轮表面形貌。将模拟的砂轮表面形貌与测试实验结果进行对比分析,从而验证本文模拟砂轮表面形貌方法的准确性。(2)基于螺旋锥齿轮磨削加工轨迹建立齿面模型。根据磨削过程运动学理论,综合考虑磨削加工过程中因砂轮不平衡产生的振动对齿面形貌的影响,推导出磨削平面砂轮上各磨粒的运动轨迹。把齿面向轴向剖面投影,并将齿面和砂轮表面离散化,结合磨削理论,模拟出不同磨削加工参数下的齿面形貌。(3)提出一种测量三维实体齿轮模型齿面形貌的方法。通过坐标变换法,更改三维实体齿轮模型默认的坐标系,新坐标系经过简单平移变换与三维非接触测量轮廓仪测量齿面坐标系一致,为后文对比模拟齿面形貌和真实齿面形貌做铺垫。通过使用磨齿机床,更改各磨削加工参数,并使用三维非接触测量轮廓仪测量齿面形貌,验证本文模拟的齿面形貌的可行性,进一步验证上文模拟的砂轮表面形貌的准确性。此外,基于正交实验法和极差分析法对实验数据进行分析,确定各磨削参数对齿面质量影响程度,得出螺旋锥齿轮磨削工艺参数的优化配置,采用幂函数模型多元回归分析,建立磨削表面粗糙度的回归预测模型。(4)基于上文建立的磨削齿面形貌实体模型,将数值计算法与有限元分析法结合,计算齿轮啮合过程中齿面产生的闪温。并利用ANSYS有限元仿真软件进行摩擦生热仿真,验证数值计算与有限元法结合计算齿面温升的可行性,分析齿面温升规律及确定齿面任意点温升数值。