关键词： 齿轮箱   小波变换   方差贡献率   IHS融合   深度学习  

摘要： 齿轮箱作为机械装备的核心部件之一,在工业机械生产设备中应用广泛,但由于其工作负载大,工作环境恶劣,传动齿轮极易发生故障,从而影响工业生产和造成经济损失。为了避免生产事故和经济损失,对齿轮箱进行状态监测十分重要。随着传感器测试技术、深度学习和人工智能技术的发展,齿轮箱的状态监测趋于智能化。然而,在工程实践应用中,由于齿轮箱振动传感器所采集的信号精度受周围环境的外部噪声及测点位置影响很大,单个传感器测点的数据结果所反映的齿轮箱运行状态信息有限,因此如何有效利用多传感器数据进行信息融合,提高故障诊断的准确性,对促进工业生产具有重要的意义。针对这一问题,本文利用多传感器数据进行信息融合来提高故障诊断的准确性,研究成果如下:(1)首先研究齿轮箱的故障信号分析处理技术。从齿轮的运动机理入手,分析故障信号的模型,并采用基于小波变换的时频域分析对原始故障信号进行特征提取,为多源信息融合故障诊断方法的研究提供数据准备。(2)针对单一传感器获取的信息不足,导致故障诊断率低的问题,提出了基于方差贡献率融合的齿轮箱故障诊断方法。首先采用基于方差贡献率的融合方法对两个传感器的单一方向数据进行融合,并利用小波变换对融合后的信号数据进行时频变换,得到更丰富的时频域信息;然后将得到的时频图像按照比例划分训练集和测试集,并设计了一种结构简单的卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)进行特征提取和分类。实验验证结果表明,基于方差贡献率的融合方法能够将单个传感器的信息进行融合,并且结构简单的CNN模型,可以较好的实现故障诊断任务。(3)为解决单个传感器采集数据信息不足或丢失数据对故障诊断准确率的影响,提出了基于IHS融合方法的齿轮箱故障诊断方法。首先利用小波变换分析齿轮箱的振动信号得到时频图,并将其中一组时频图利用平均值法进行通道转化;其次将同时段的图像进行融合,得到新的数据集;然后将新的数据集按照比例划分训练集和测试集。在此基础上,选择基于LeNet-5的模型结构进行改进,并对不同的激活函数进行验证。实验结果表明,基于IHS的融合的齿轮箱故障诊断能够综合多个传感器的故障信息,改进的L e N e t-5模型能够提高故障诊断的速度、精度和鲁棒性。综上,本文研究成果为齿轮箱状态监测提供了新的思路和方法,可以有效提高齿轮箱故障诊断的准确性和鲁棒性,从而为工业生产的稳定和高效运行提供了有力支持。

关键词： 高速重载   试验台   瞬态分析   模态分析   设计优化  

摘要： 随着国防工业和民用装备的快速发展,高速重载齿轮传动系统的应用越来越广泛。但高速重载齿轮的开发面临诸多困难和挑战,设计并搭建高速重载齿轮试验台就是其中的挑战之一。在高速重载齿轮试验台中,试验齿轮与试验台之间的动态特性相互影响,动态特性好、稳定性高的试验台可以为试验齿轮提供一个良好的测试平台。因此,要准确把控所设计的齿轮是否满足服役要求,就要尽量降低或避免试验台的自身因素对试验齿轮的影响。本文以某航空发动机附件机匣高速重载齿轮副的试验台设计为研究对象,基于有限元法、多目标优化理论和结构优化理论,在考虑了材料选取和轻量化等问题的基础上,对试验台齿轮箱体及其支架展开结构设计优化研究,旨在设计出一台满足试验要求的高速重载齿轮副试验台。本研究对同类型试验台的设计研发和优化具有一定的参考价值和实用意义。本文主要研究内容及结论如下:(1)高速重载齿轮副有限元仿真验证。建立了齿轮副有限元仿真模型,并进行了准静态和瞬态动力学分析,结合理论值,对仿真结果进行了校核,验证了运用有限元法进行高速重载齿轮副仿真分析的正确性和齿轮副有限元建模的准确性。(2)高速重载齿轮副试验台有限元仿真验证。为提高试验台仿真分析结果的准确性,以悬臂梁为例研究了应力、变形等仿真结果的提取方法以及螺栓连接的模拟方法;通过简单地基模型研究了不同工况下加密输出方法和结果数据处理方法。准静态和瞬态分析结果显示:各仿真结果与理论值之间拟合较好,最大误差为8.70%,符合工程实际的应用要求,可以用于对试验台的分析。(3)高速重载试验齿轮副瞬态动力学性能评价。为验证齿轮系统性能的良好性,避免其自身不良因素对分析试验台性能造成影响,建立了带轴承齿轮副有限元模型,对其进行了高速重载工况下的瞬态动力学分析。结果显示:齿轮系统的应力分布合理,不存在强度破坏的问题;动态啮合力波动平稳,动载系数和传递误差较小,齿轮副啮合质量较高。带轴承齿轮副在高速重载工况下性能良好,可以用于对试验台的分析。(4)原始试验台结构性能评价。建立了原始试验台有限元模型,并耦合带轴承齿轮副进行了高速重载工况下的瞬态动力学分析,结果显示:齿轮啮合质量急剧下降,齿轮系统出现偏载、脱啮和齿顶啮合冲击等极端异常情况;箱体系统振动变形情况恶劣,最大变形超过0.04mm,最大振动加速度达100g。为分析原始试验台动态性能差的原因,对箱体系统进行了约束模态分析。结果显示:试验台第3阶模态频率为726.50Hz,与齿轮啮合频率(18200Hz)呈25倍的整数倍关系,在高速重载工况下试验台发生了第3阶模态共振;箱体支架由两个悬臂梁复合而成,箱体悬置安装且壁厚不足,箱体系统结构稳定性差。原始试验台各项指标不满足试验台设计要求,需对试验台的结构进行改进。(5)试验台结构改进。对试验台的结构进行了改进,使支架对箱体形成了一个“环抱式”结构。瞬态和模态分析结果显示:齿轮系统的啮合质量显著提高,脱啮、偏载和齿顶啮合冲击现象消失,动载系数和传递误差明显减小;箱体系统各项性能明显好转,强度性能提高30%以上,各向最大变形量平均减小34.62%,轴承D测点的振动加速度峰值降幅均在30%以上、RMS值最大降幅达到了60.86%,轴承C测点的振动加速度也有明显降低,X方向的峰值降幅接近30%;第3阶模态频率提高了100.77%,成功避开了与啮合频率的整数倍关系。(6)试验台轻量化设计。在结构改进试验台的基础上,对箱体支架和齿轮箱体分别进行了多目标尺寸参数优化和拓扑优化,试验台质量从25.07kg减小为21.45kg,减重达14.44%,减重效果明显。静态、瞬态和模态分析结果显示:箱体系统变形指标降低20.33%;齿轮啮合力的SD值降低6.16%,动态传递误差的RMS值和SD值分别降低15.54%和6.83%,齿轮啮合质量进一步提升;箱体系统振动加速度的峰值和RMS值平均下降20%和10%,整体分别控制在33g和13g以下;试验台的结构稳定性进一步提高,第4阶模态潜在共振风险消除。试验台整体各项性能参数已满足设计指标要求,达到了设计一台符合试验要求的高速重载齿轮副试验台的目的,证明了试验台结构优化设计方案的有效性。

关键词： 高速柔性齿轮   动力学实验   传动系统轻量化   综合性能优化   修形  

摘要： 高速薄壁齿轮被广泛用于需要高转速、高功率密度传动系统的工业领域(如航空航天等),是我国未来高端工业制造的关键部件,具有重大的应用价值和研究意义。高速薄壁速齿轮通常为减重了而采用薄腹板、薄轮缘等薄壁结构,这会使齿轮具有高度柔性。在高速工况内外部激励作用下,高度柔性会使齿轮变形增大不能稳定啮合,导致传动系统动力学性能、振动噪声性能以及承载能力不佳,问题严重时甚至会导致系统失效。有鉴于此,本文考虑高速工况、内外激励以及柔性对齿轮动态特性的影响,以动力学性能、振动噪声等性能指标以及系统质量作为优化目标,建立了高速薄壁齿轮传动系统多目标轻量化优化设计技术体系,解决了目前高速薄壁齿轮轻量化优化只注重轻量化,过程中未考虑转矩波动、振动噪声等实际性能指标,导致优化结果与设计目标有偏差的问题。以实验用高速薄壁齿轮箱为研究对象,获得了具备低载荷波动、低振动噪声与高承载能力的高速薄壁齿轮结构设计参数。具体研究内容如下: (1)以平行轴斜齿轮为研究对象,考虑齿轮平移扭转六自由度,建立了先离散后累加的啮合力计算子模型;基于模态缩聚理论,建立了薄壁齿轮、轴以及箱体等柔性部件的有限元缩聚子模型,并且对于齿轮、轴等旋转构件,考虑了离心力、惯性力的影响。通过两种子模型间力、位移以及速度的耦合关系,建立了高速齿轮柔性动力学模型。搭建了高速齿轮传动系统实验台架,开展了动力学性能实验研究,采集了振动加速度信号,对比了时域及频域上的实验和仿真结果,验证了本文所建立的高速柔性齿轮动力学模型的正确性。 (2)将齿轮系统动力学性能、振动噪声以及承载能力的性能需求,分解为转矩波动、输出轴振动位移、箱体表面振动速度、静强度及疲劳损伤五个性能评价指标:通过啮合力计算模型获得系统动态转矩,以转矩波动系数作为动载荷评价指标;基于模态叠加理论推导了输出轴振动位移以及箱体表面振动速度计算,其中,将轴振动位移作为系统振动评价指标,将箱体表面振动速度作为系统噪声评价指标;结合系统动载荷及有限元分析建立静强度及动应力谱计算模型,建立了包含静强度及疲劳损伤的承载能力评价指标;基于以上性能计算模型,建立了高速薄壁齿轮性能评价计算体系。 (3)综合考虑齿轮体及箱体的功能特点、轻量化设计以及制造,建立了高速薄壁齿轮传动系统结构设计参数体系,并根据结构设计参数对高速薄壁齿轮传动系统进行了参数化建模,实现了高速薄壁齿轮系统建模及仿真的完整过程自动化;基于该参数化模型,采用DOE试验设计方法对高速薄壁齿轮系统进行了参数-性能相关性分析,通过筛选主要影响参数去除了设计参数中的低影响参数;基于上述研究以及高速薄壁齿轮性能评价计算模型,形成了以低转矩波动、低噪声为性能目标的高速薄壁齿轮轻量化优化设计体系。针对典型工况下的实验用高速薄壁齿轮进行了多目标轻量化结构设计参数优化,降低了系统总质量及大齿轮质量,提高了各项性能目标,证明了本优化方法的有效性。 (4)以结构优化后的实验用高速薄壁齿轮箱为研究对象,通过有限元法对其齿面承载情况进行了分析,发现结构优化后的齿轮有严重的偏载现象;从齿轮齿面修形基本原理出发,基于齿向以及齿廓修形的数学模型,分析各修形参数作用并选取了优化变量;以传递误差峰峰值、齿面单位载荷以及齿面接触应力为优化目标,获得了满足传动误差峰峰值最小、齿面承载最优的修形参数,改善了结构优化后高速薄壁齿轮系统齿面偏载的问题,提高了系统承载能力。

关键词： 风力涡轮机齿轮箱   故障诊断   深度学习   轻量级多元多向诱导网络   状态监测系统  

摘要： 齿轮箱是风力涡轮机的核心组件之一,齿轮箱的正常运转对整个系统的稳定性和效率至关重要。齿轮箱内的零部件长期高速运转,容易发生损伤和错误的配合,安全性低,容易导致齿轮箱的损坏,甚至会引起事故。为保障设备安全稳定运行,提高风电场的效益和发展风电技术,风力涡轮机齿轮箱故障诊断具有非常重要的意义。考虑到风电机组的齿轮箱运行环境恶劣,结构复杂,采集的信号包含多种不同频率的信号波段且被噪声覆盖。因此,研究符合齿轮箱实际运行工况下的故障诊断方案是有价值的,同时也是一个挑战。近年来,深度学习算法在工程应用中取得了突出的成就,这得益于它强大的学习能力且具有算法通用性。因此,本文的研究是基于深度学习的自适应齿轮箱故障诊断方法,并开发部署在诊断系统中。 首先,考虑到齿轮箱采集的振动信号包含多种频率信号成分和噪声,建立了一种名为轻量级多元多向诱导网络(LM-MDINet)的齿轮箱故障诊断方法。模型主要包含的结构有DS-Block和M-MDI层。DS-Block中使用不同形式的卷积核搭配密集连接方式。减少参数量的同时可以保证高精度、低成本诊断效果。M-MDI层中设定多条路径对学习到的特征进行选择和诱导,矫正学习偏差以使模型将计算资源偏向分类凭证,从而减少冗余特征与噪声的干扰。 其次,利用两个案例数据对提出LM-MDINet的诊断性能进行验证。在验证模型之前,使用了人工优化和贝叶斯自动优化算法进行超参数优化以达到最佳模型性能。随后,通过对模型内部结构的消融来确定每种结构在模型中的贡献量,并分析其原因。这对工程中设备诊断方法的研究提供了先验理念。此外,将提出的模型与现阶段流行诊断模型进行比较,在噪声环境下的诊断准确率至少高5%。总之,通过不同的数据集验证,提出的方法对于在强干扰下的齿轮箱故障诊断的优势突出。 最后,开发了一个风力涡轮机齿轮箱状态监测系统。该系统是基于Python、Py Qt5和LM-MDINet故障诊断模型搭建而成的。平台主要显示的功能有数据处理和输入、采集的信号识别结果、诊断时间、以及信号频域与时域展现。

关键词： 非圆面齿轮   修形   接触分析   啮合特性   加工仿真  

摘要： 非圆面齿轮是巧妙融合面齿轮和非圆齿轮而提出的新型齿轮,极大简化了空间非圆齿轮的设计、制造和互换难题,但其齿面形状比较特殊,在传动过程中容易局部出现轮齿偏载及边缘接触问题,严重制约了非圆面齿轮的发展应用,为此本文提出了一种基于机床调整参数的非圆面齿轮修形方法,并对修形非圆面齿轮的啮合特性展开了研究,对于非圆面齿轮的性能提升具有重要意义。在阐明非圆面齿轮传动原理的基础上,借鉴圆形面齿轮修形方法,提出了基于插齿包络的各异性齿面修形方法;基于齿轮啮合基本原理,建立了包含机床调整参数的修形非圆面齿轮齿面模型,通过三维齿面仿真验证了模型的正确性,为后续修形齿面啮合特性分析奠定理论基础。通过建立修形非圆面齿轮几何接触模型,求解得到不同轮齿上接触迹线形状、位置各异,位于节曲线向径两极值过渡中间位置处的局部轮齿受啮合位置影响容易出现偏载;基于提出的旋转投影齿面接触分析方法,分析发现轮齿上接触迹线位置会随着修形参数的变化向内径或外径方向偏移;相较于偏置修形参数,轴向修形参数对接触迹线的影响更大;轮齿所在处节曲线向径越大,接触迹线偏移程度受修形参数变化影响越大。基于加载齿面接触分析方法,建立了修形非圆面齿轮的静载啮合模型,分析结果表明:取轴交角参数、轴向参数为正值或偏置参数为负值时,齿面接触应力会减小;相反,齿面接触应力会增大;非圆面齿轮偏心率越小,不同轮齿齿面的接触应力愈加接近;反之,不同轮齿齿面的接触应力差别越大。根据插齿加工原理,完成了修形非圆面齿轮的数控仿真加工,证明了切削模型与设计模型的一致性;搭建了修形非圆面齿轮对滚试验装置,得到的齿面接触印痕与理论分析结果基本一致,间接验证了基于插齿参数调整的非圆面齿轮修形方法可行性。

关键词： 飞秒激光   面齿轮   热应力   重铸层   二次加工  

摘要： 面齿轮作为一种点接触共轭曲面齿轮,可实现平行轴、相交轴和交错轴之间的传动。面齿轮工作时具有传动稳定、承载能力强等特点,使其在工程机械、船舶、航空航天等重点领域得到了广泛应用。但面齿轮齿形复杂、加工技术要求高,为突破普通机械加工的瓶颈,本文采取飞秒激光技术精微加工面齿轮,通过仿真结合实验开展面齿轮齿面烧蚀表层形态研究,具体内容如下: 首先详细阐述了飞秒激光烧蚀金属材料的过程和机理,并在双温方程的基础上耦合弹性力学方程,建立了飞秒激光烧蚀面齿轮温度-应力耦合模型,引入了时间和空间均呈高斯分布的激光光强以及电子热容、电子热传导率等材料热物性参数。 其次基于温度-应力耦合模型,通过COMSOL Multiphysics软件进行有限元差分计算,模拟了飞秒激光烧蚀面齿轮材料的过程。主要做了以下几方面的仿真:（1）模拟了不同激光能量密度下单脉冲和多脉冲飞秒激光烧蚀面齿轮材料电子和晶格温度的驰豫过程,分析了激光能量密度对电子的峰值温度、电子-晶格的平衡温度以及驰豫时间的影响规律;（2）模拟了不同激光能量密度下齿面温度场分布情况,预测了烧蚀凹坑形貌和尺寸;（3）模拟了多脉冲下齿面应力场的分布情况,分析了齿面烧蚀过程中热应力的形成原因及变化过程;（4）建立了重铸层和热影响层的仿真模拟,研究了飞秒激光加工过程中重铸层和热影响层的变化过程,分析激光能量密度对重铸层和热影响层的影响规律。 最后在仿真计算的基础上,利用飞秒激光在面齿轮齿面上开展了打点和扫线实验研究。针对打点实验,采用单脉冲不同能量密度以及多脉冲相同能量密度分别进行了烧蚀实验,并通过测量实验烧蚀凹坑直径数据,采用面积回归法得到面齿轮材料单脉冲烧蚀阈值和累计因子分别为0.183 J/cm2和0.9416。开展了烧蚀凹坑深度、凹坑直径及残余应力的仿真实验对比研究,烧蚀深度和直径的实验值均大于仿真值,相对误差分别最多达到8.9%和13.1%,残余应力的预测误差控制在20%之内。针对一次加工飞秒激光烧蚀齿面残留的重铸层,开展了面齿轮齿面飞秒激光二次加工,结果表明二次加工能有效清除残留的重铸层,且降低了齿面粗糙度,保证飞秒激光精微修正后齿面质量。以上研究为提高飞秒激光精微烧蚀面齿轮精度提供了有益参考。

关键词： 直齿面齿轮   热滚轧成形   金属流线   弯曲疲劳寿命试验   疲劳寿命预测  

摘要： 面齿轮传动是一种面齿轮与圆柱齿轮相啮合的传动,具有结构紧凑、分流效果好、对安装误差不敏感等优点,在欧美发达国家已经展开批量装机应用,而我国对其制造技术的研究尚处于探索阶段,亟需在直升机、舰艇、坦克、车辆、机床等领域开展设计与应用技术研究。现有的面齿轮插齿、铣齿、车齿不同程度地存在加工效率低、刀具磨损快、齿面廓形不易控制等问题,严重制约着面齿轮的工业应用。本文提出直齿面齿轮热滚轧近净成形加工技术,以抗疲劳性能分析、疲劳寿命预测为落脚点,深入研究热滚轧精确成形方法、金属流线作用规律、弯曲疲劳寿命试验、疲劳寿命预测模型构建等关键技术,以期形成面向热滚轧成形的弯曲疲劳寿命预测可行性技术方案,为直齿面齿轮的工业应用提供技术基础。本文的主要研究内容与成果如下:(1)针对忽略评价指标交互作用而引起制齿工艺参数优化偏差的问题,构建了一种基于改进DEMATEL(Decision-making Trial and Evaluation Laboratory)和改进TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)的多目标工艺参数优化模型。基于直齿面齿轮齿面方程的推导和数字化齿面计算,构建了直齿面齿轮仿真模型,开展了热滚轧成形过程有限元仿真,并根据仿真数据提出了基于改进DEMATEL和改进TOPSIS的多目标工艺参数优化模型,完成了面向多目标交互影响的直齿面齿轮热滚轧工艺参数优化,以此为基础完成了面齿轮热滚轧成形试验,为后续热滚轧面齿轮的抗疲劳特性分析及疲劳寿命预测奠定了必要的前提条件。(2)针对直齿面齿轮热滚轧成形金属流线分布研究缺乏实证的问题,探明了金属流动状态、不同的工艺参数对轮齿金属流线的作用规律及金属流线分布状态,形成了面向抗疲劳性能的直齿面齿轮轮齿金属流线缺陷抑制技术。基于直齿面齿轮热滚轧成形过程模拟,通过对热滚轧等效应力与等效应变以及金属流速矢量的分析,确定了热滚轧成形过程的金属流动趋势,分析了工艺参数对热滚轧直齿面齿轮齿面金属流线缺陷的影响规律,掌握了在成形过程及不同工况下金属流线的演变机理。采用金相显微镜对热滚轧直齿面齿轮轮齿及车齿加工直齿面齿轮轮齿的内部微观结构和金属流线的形态特征进行分析,探明了金属流线在不同加工方式下不同部位的分布规律,为热滚轧直齿面齿轮的抗疲劳性能提供了基础依据。(3)针对当前直齿面齿轮弯曲疲劳寿命研究中试验验证数据不足的问题,进行了直齿面齿轮弯曲疲劳寿命试验。基于直齿面齿轮仿真模型进行了面齿轮齿根弯曲应力仿真及弯曲疲劳寿命仿真,结合仿真结果确定了试验方案并搭建了疲劳试验台,完成了直齿面齿轮疲劳寿命试验。并运用BP神经网络-Bootstrap的样本扩充方法与威布尔分布拟合,构建了面向样本扩充的可靠寿命计算方法,实现了试验结果的小样本扩充,进行了车齿加工直齿面齿轮的可靠寿命计算,并根据车齿加工直齿面齿轮可靠寿命数据验证了弯曲疲劳寿命仿真数据,绘制了车齿加工直齿面齿轮P-S-N曲线,为后续热滚轧直齿面齿轮弯曲疲劳寿命试验及弯曲疲劳寿命预测提供了试验基础和理论支撑。(4)针对热滚轧直齿面齿轮弯曲疲劳寿命研究中缺乏数据分析的问题,构建了一种基于GM(1,1,λ)-人工蜂群算法的疲劳寿命预测模型。通过直齿面齿轮弯曲疲劳寿命试验及可靠寿命计算,得到了基于热滚轧的车齿成形直齿面齿轮可靠寿命计算结果,提出了基于GM(1,1,λ)-人工蜂群算法的疲劳寿命预测模型,根据基于热滚轧的车齿成形直齿面齿轮可靠寿命结果,完成了热滚轧直齿面齿轮疲劳寿命预测,并与实际结果、GM(1,1)预测结果进行了可信度对比验证,证明了GM(1,1,λ)-人工蜂群算法的有效性,实现了热滚轧直齿面齿轮疲劳寿命试验数据不足的乏信息分析。绘制了热滚轧直齿面齿轮P-S-N曲线,并与基于轮坯的车齿加工直齿面齿轮疲劳寿命结果进行对比,结果显示热滚轧直齿面齿轮弯曲疲劳寿命提高了12%以上,证实了直齿面齿轮热滚轧成形技术的有效性和优越性。

关键词： 船用减速器   变齿厚齿轮   优化设计   齿轮修形   动力学分析  

摘要： 随着现代船舶技术的日益改善,对减速器的齿轮传动系统性能要求也愈来愈高。行星齿轮减速器因其结构紧凑、较小的空间即可实现大传动比、具有功率分流等优点,被广泛应用在船舶中。但我国现有船用行星齿轮减速器通常采用直齿,斜齿传动,由于其齿侧间隙大,高速运转时振动噪声强烈,啮合时易出现偏载,功率损失大,导致传动效率低,会间接造成经济损失。寻找改善以上问题的方法变得很有必要。研究发现渐开线变齿厚齿轮传动是齿轮传动的一种,它可以调节齿隙,减小传动误差,提高传动精度,适用于精密传动装置。综上,本文创新性的在传统2K-H型直齿行星减速器中引入变齿厚齿轮代替直齿轮,设计一种变齿厚行星齿轮减速器,来减小高速运转时的冲击振动,提高传动效率,并研究其动、静态特性以及寿命等方面。对提升我国高性能船用齿轮传动系统研发、产业化制造能力具有重大意义。论文的主要内容如下:(1)本文首先介绍变齿厚齿轮的结构特征,以变齿厚行星齿轮减速器为研究对象,在传统设计方法的基础上,采用多目标优化设计方法。为了方便快速的实现变齿厚行星齿轮减速器的设计,以最小的体积、最高的效率为目标,根据变齿厚齿轮构造方法、总规格和行星齿轮各个单元技术参数等情况确定设计变量;根据变齿厚齿轮齿面接触条件、齿根弯曲条件、齿顶变尖等条件为约束条件建立约束,建立多目标优化模型。在模型求解方面,通过改进后的麻雀搜索算法(ISSA)进行求解,得到了最佳参数。(2)其中使用了Solid Works软件用于绘制变齿厚行星齿轮减速器模型,导入ANSYS中对优化前后的行星齿轮进行有限元分析。同时在ANSYS中,采用响应曲面法对行星架结构进行优化,以获得影响静态扭转强度和总质量的最佳参数,并对优化后的行星架进行了模态分析,判断设计是否符合设计条件。(3)之后根据传动系统的结构特点,建立了变齿厚行星齿轮传动系统动力学模型。本模型主要考虑了齿面接触摩擦力、轮齿时变啮合刚度、齿侧间隙、静传递误差、变齿厚齿轮的倾角等激励。根据建立的动力学模型,借助牛顿第二定律推导变齿厚行星齿轮传动系统动力学微分方程,并分析动态传动误差最大波动量的数值,为后续轮齿动态修形提供理论基础。(4)最后结合前面所研究内容,针对齿轮的接触情况,为了提高齿面承载能力,进一步减小传动误差,构建了一个考虑修形参数的变齿厚行星齿轮传动系统动力学模型,使各啮合副的动态传动误差波动之和最小化,求解并确定最优的修形参数。并对修形后的齿轮副进行了接触特性分析,从而证明了修形方法的有效性。使用ADAMS软件输入实际工况参数实现了驱动模拟,得到了行星齿轮啮合的载荷谱,利用ADAMS、ANSYS与n Code Design Life联合仿真进行疲劳分析,准确、快速的对修形后的变齿厚行星齿轮进行疲劳寿命预测。开发了相对应的设计优化系统。该系统可以通过输入初始参数与适当的边界条件,进行优化设计与齿轮修形,可以将本文的变齿厚行星齿轮减速器传动参数优化设计及轮齿修形方法进行可视化,变得更加通用,可以帮助终端用户运行模拟,看到模型的性能,而不必理解模型的复杂性。