关键词： 谐波齿轮传动机构   综合啮合刚度   系统刚度   刚度失效评价方法   一次性机械  

摘要： 应用在特殊场合且仅使用一次后便弃之不用的机械设备称为“一次性机械”。与需要长期稳定运行并反复使用的“常规机械”不同,一次性机械使用寿命极短,以承受近满载荷为运行常态,在航天和武器装备领域应用广泛。目前一次性机械的设计,通常以材料的疲劳弹性失效作为理论依据。但是,该研究不足以支撑对刚度敏感的一次性机械传动机构的失效评价。因此,为了进一步丰富一次性机械理论体系,本文以一次性谐波齿轮传动机构为典型对象开展研究。本文的主要研究内容分为以下几部分: 研究了一次性谐波齿轮传动机构的极限承载能力和失效形式。首先,在忽略高周疲劳、磨损且不考虑刚度失效的前提下,仅依据近满载荷进行一次性谐波齿轮传动机构设计。针对杯形和环形两种柔轮结构,基于变形协调条件和平衡方程分析了两种柔轮结构带来的齿间载荷分布与齿面接触强度的差异,进而选择具有更高极限承载能力的环形柔轮,作为以满足极限承载能力为目标的一次性谐波齿轮传动机构的核心结构形式。然后,搭建一次性谐波齿轮传动机构性能测试平台,试验结果表明,一次性谐波齿轮传动机构的失效形式为系统刚度失效。在此基础上,提出了对刚度敏感的一次性机械传动机构应优先考虑刚度作为设计与失效评价依据,而不能仅考虑近满载荷,为开展一次性谐波齿轮传动机构的刚度研究提供了必要性基础。 建立了一次性谐波齿轮传动机构的轮齿综合啮合刚度模型和系统刚度模型。首先,分别建立了一次性谐波齿轮传动中柔轮和刚轮的单齿刚度模型,在考虑齿面接触刚度和多齿啮合影响的基础上,分析了一次性谐波齿轮传动在啮合区内的轮齿综合啮合刚度。然后,结合波发生器和输出端的刚度模型,建立了一次性谐波齿轮传动机构的系统刚度模型,对比研究了常规谐波齿轮传动机构和一次性谐波齿轮传动机构在系统刚度组成上存在的差异,分析了啮合轮齿、波发生器和输出端等构件刚度对系统刚度的贡献,揭示了一次性谐波齿轮传动机构系统刚度失效的主要来源是轮齿综合啮合刚度失效,为一次性谐波齿轮传动机构的刚度失效评价提供了理论基础。 提出了一次性谐波齿轮传动机构的刚度失效评价方法。首先,分析了影响轮齿综合啮合刚度的主要因素,建立了一次性谐波齿轮传动机构含裂纹时的轮齿刚度模型,研究了裂纹参数对柔轮单齿刚度和综合啮合刚度的影响。然后,在此基础上采用非线性动力学分析方法,建立了一次性谐波齿轮传动系统的非线性动力学模型,研究了一次性谐波齿轮传动机构的系统刚度失效对输出轴角速度的影响,将输出轴角速度变化作为一次性谐波齿轮传动机构是否发生刚度失效的判据。定义了系统刚度比和输出轴角速度比参数,阐明了输出轴角速度比与系统刚度比间的关系,提出了一次性谐波齿轮传动机构的刚度失效评价方法。 设计了一次性谐波齿轮传动机构并进行了试验研究。分析了柔轮模数、齿高和轮缘厚度对一次性谐波齿轮传动中柔轮刚度和轮齿综合啮合刚度的影响,进行了一次性谐波齿轮传动机构样机设计。搭建了一次性谐波齿轮传动机构性能测试系统,针对测试系统内非线性因素引起的输出轴角速度误差问题,采用了针对迟滞刚度和摩擦的补偿控制方案,提高了一次性谐波齿轮传动机构的输出轴角速度测量精度。通过系统刚度失效测试试验,验证了本文提出的一次性谐波齿轮传动机构刚度失效评价方法的正确性与有效性。

关键词： 轴角   人字齿轮   分扭传动系统  

摘要： 人字齿轮作为一种特殊齿形结构的齿轮，具有较高的承载能力和传递效率。然而，由于其结构特殊，人字齿轮的运动学分析与传统圆柱齿轮相比更加复杂。因此，研究人字齿轮的动力学性能及其影响因素对于提高齿轮传动系统的可靠性及优化设计至关重要。本文从人字齿轮传动系统基础理论出发，通过有限元节点法进行建模，探究了不同轴角下人字齿轮分扭传动系统的响应特性及其稳定性，为相关领域中的人字齿轮传动系统提供了一定的技术支持。

关键词： 风电机组   信号处理   深度学习   变工况   故障诊断  

摘要： 随着我国清洁能源战略的实施与推进,风能发电得到迅猛的发展和广泛的应用。由于风电机组大都工作在复杂多变的恶劣环境中,其传动系统齿轮箱的核心部件齿轮与轴承长期受高周次循环波动载荷的影响,很容易发生局部故障而造成风机长时间停机。因此,加强复杂工况下风电机组齿轮箱故障诊断方法的研究,对于保障风机稳定运行、减少经济损失至关重要。另外,风电机组齿轮箱受到强噪声和多变工况的影响,故障信号具有强干扰、高耦合、高维度等特点,传统的诊断方法难以对故障进行有效识别。本文基于采集的振动信号数据,以风电齿轮箱内的齿轮和轴承作为研究对象,利用信号处理技术与深度学习技术,对复杂工况下风电机组齿轮箱关键零部件故障诊断方法进行研究,具体内容如下:(1)针对风电机组齿轮箱故障信号特征微弱,多种故障特征间相互混叠干扰的问题,本文提出了一种基于RWSSA-VMD-RSSD的风电齿轮箱齿轮与轴承复合故障诊断方法。首先利用VMD对原始信号进行模态分解,构造新加权指标F选取最优模态分量进行重构。然后对重构信号进行RSSD分解,得到包含故障冲击成分的高、低共振分量。接着对共振分量进行包络分析并做1.5维谱,从而判别出故障类型。此外采用RWSSA算法对两算法的关键参数自适应寻优,避免人工经验选取的不确定性。通过仿真和实验结果表明,所提方法能实现风电齿轮箱齿轮与轴承复合故障特征的准确分离,成功诊断出故障类型。(2)针对传统CNN模型在强噪声环境下故障识别准确率低以及高维特征数据导致模型计算复杂的问题,本文提出了一种基于增强SVD结合SAE-CNN的风电齿轮箱滚动轴承故障诊断方法。首先利用奇异值差分谱和相关系数相结合的方法确定SVD重构阶次,接着采用增强SVD对原始信号进行前置预处理,从而滤除大量噪声、有效保留敏感故障特征,然后利用SEA网络将预处理后的高维信号数据转化为低维特征数据,降低模型后续计算复杂度,最后利用CNN模型对滚动轴承故障进行准确识别与分类。通过帕德博恩大学轴承公开数据集的实验结果与对比分析表明,所提方法的网络模型故障识别精度达到97.2%,同时该模型具有较强诊断稳定性与识别精准性。(3)针对变工况下模型特征提取尺度单一、泛化性与抗噪性能差的问题,本文提出了一种基于二维图像与MSCNN-BiLSTM的变工况风电齿轮箱滚动轴承故障诊断方法。首先采用同步压缩小波变换将一维故障振动信号转化为时频二维图像,降低多故障间信号特征的相似性,其次通过融合通道注意力机制的MSCNN网络深度挖掘与提取不同维度的故障特征信息,提高了模型故障诊断的泛化性与稳定性,最后利用BiLSTM模型提取数据中的时序特征信息。通过CWRU轴承公开数据集实验分析与对比,本文所提方法在稳态工况下故障诊断准确率达到100%,同时在不同强度额外噪声与跨负载工况的诊断中有着更高的诊断精度、更强的泛化性与抗噪性。

关键词： 风电齿轮箱滑动轴承   动压润滑性能   齿轮啮合力   弹性变形   轮廓修形  

摘要： 随着风力发电机组功率密度增加,滚动轴承的使用严重制约了其性价比,而滑动轴承拥有高可靠性、径向尺寸小、维护方便等优点,十分契合大功率风力发电机组的应用,如今应用滑动轴承已成为全球风电齿轮箱行业的共识。 风电齿轮箱滑动轴承长期处于低速重载工况下,轴承内动压油膜形成困难,滑动轴承长期工作于混合润滑状态,容易导致轴承内磨损严重,且运行过程中伴随着冲击载荷、复杂结构变形和频繁启停,对滑动轴承在风电领域的应用带来了严峻挑战。本文基于流体动压润滑理论,考虑了表面形貌、固体粗糙峰接触和行星齿轮的弹性变形,建立了径向载荷和弯矩同时作用下风电齿轮箱滑动轴承动压润滑性能求解模型,分析了结构参数和工况参数对风电齿轮箱滑动轴承动压润滑性能的影响。本文主要研究内容如下: 1.基于流体动压润滑理论,考虑了表面形貌、固体粗糙峰接触和轴瓦倾斜,建立了滑动轴承动压润滑性能计算模型,并通过和论文以及ISO标准对比进行了模型验证,主要分析了轴瓦倾斜角对滑动轴承弯矩、弯矩偏位角、轴承偏心率和偏位角的影响,分析结果为后续已知弯矩求解轴瓦倾斜角提供了理论基础和依据; 2.根据风电齿轮箱滑动轴承的工况,建立了径向力和弯矩作用下滑动轴承润滑性能计算模型,主要分析了齿轮啮合力和半径间隙对滑动轴承油膜压力和油膜厚度的影响。结果表明,当齿轮啮合力和半径间隙较大时,滑动轴承油膜压力分布由轴向单峰分布转变为轴向双峰分布,滑动轴承的最大油膜压力以及最小油膜厚度集中于轴向两端位置; 3.由于齿轮啮合力和油膜压力作用下行星齿轮(轴瓦)内表面的变形量远大于最小油膜厚度,所以分析了行星齿轮弹性变形对风电齿轮箱滑动轴承润滑性能的影响,主要对比了考虑行星齿轮弹性变形和不考虑行星齿轮弹性变形下的油膜压力和油膜厚度。结果表明,考虑行星齿轮的弹性变形时,滑动轴承的最大油膜压力降低,最小油膜厚度增加; 4.由于滑动轴承的最大油膜压力和最小油膜厚度均集中于轴向两端,为了改善滑动轴承的油膜压力和油膜厚度分布,分析了行星齿轮(轴瓦)内表面轴向轮廓修形对滑动轴承油膜压力和油膜厚度的影响。结果表明,合适的全圆弧修形高度能够有效改善滑动轴承的油膜压力和油膜厚度分布。 本文结合风电齿轮箱滑动轴承的结构及工况条件,建立了风电齿轮箱滑动轴承动压润滑性能计算模型,并通过和论文对比验证了模型准确性。分析结果可以为风电齿轮箱滑动轴承润滑性能分析以及结构优化提供参考。

关键词： 数字孪生   风电齿轮箱   状态监测   预警模型   故障预警  

摘要： 齿轮箱作为风电机组的核心零部件，由于风能资源的特殊性，其负荷长期处于不稳定的状态，故障率较高，对其进行状态监测与故障诊断势在必行。通过引入数字孪生驱动技术，本文提出了一种全新的三维可视化风电机组齿轮箱的故障预警模型，它可以实时监控风电机组的运行状态，并且可以保证故障预警的准确性。该模型采用CNN-LSTM混合神经网络技术，可以更好地帮助我们识别和预测风电齿轮箱的故障。经过精心设计和开发的原型系统证明了本文提出方法的可行性和有效性。

关键词： 内齿珩轮强力珩齿   电子齿轮箱   交叉耦合控制   误差  

摘要： 齿轮是非常重要的机械传动零部件,被广泛应用于新能源汽车、军事设备、轨道交通、机器人、船舶行业、航空航天等领域。齿轮的加工精度会直接影响到相关机械的工作性能,内啮合强力珩齿作为一种精密展成加工工艺,常用于对硬齿面齿轮进行精加工。珩齿的加工精度很大程度上依赖于数控装备的总体性能。电子齿轮箱作为一种特殊的多轴联动控制技术,可以替代传统的机械内联传动链,从而完成定传动比或变传动比的多轴联动控制。珩齿的展成加工精度很大程度上依赖电子齿轮箱的控制精度,围绕电子齿轮箱误差补偿展开研究工作,对于提高数控系统的控制性能,加工高精度齿轮具有一定的指导意义。因此,本文建立了内齿珩轮强力珩齿电子齿轮箱展成误差的数学模型,设计了交叉耦合控制补偿器,通过仿真验证了交叉耦合控制原理对于珩齿数控系统的适用性和有效性,最后利用d SPACE硬件在环仿真实验平台对所提出的交叉耦合控制补偿器的控制性能进行实验验证。 论文的主要研究内容分为以下几点: (1)基于内齿珩轮强力珩齿工艺基本原理,推导出珩齿加工多轴联动数学模型。基于主从式电子齿轮箱控制原理,确定了一种主从式内齿珩轮强力珩齿电子齿轮箱结构模型,将主运动轴反馈回来的刀具主轴位置信息和插补结果按特定比例因子进行叠加处理后,作为从运动轴的输入控制信号。 (2)分析了齿距偏差、齿廓偏差和螺旋线偏差与数控机床的各运动轴跟随误差之间的特定函数关系,根据这种函数关系建立偏差的数学模型,进一步确定出各数控轴的误差补偿量;设计交叉耦合控制补偿器,将求解出的补偿量补偿至各运动轴,最后进行仿真来验证所设计的交叉耦合控制补偿器对于珩齿数控系统的适用性和有效性。 (3)分析了粒子群算法和人工蜂群算法的优化原理和优化过程,将两种算法应用于电子齿轮箱PID控制参数优化,以此来确定最佳的控制参数。通过仿真验证了优化算法的有效性,同时对比两种算法的优化效果,结果表明人工蜂群算法相较于粒子群算法具有更好的收敛效果。 (4)利用dSPACE硬件在环仿真实验平台对所提出的交叉耦合控制补偿器的控制性能进行实验验证,最后的实验结果验证了本文提出的交叉耦合控制补偿器对于齿轮的同步误差具有优良的补偿效果,可以提高数控系统的控制精度,降低齿轮加工误差。

关键词： 齿轮箱箱体   振动响应   辐射噪声   局域共振声子晶体   减振降噪  

摘要： 齿轮箱的振动与噪声一直以来是工程中待解决的关键问题之一。一方面,齿轮箱的振动影响着其所处设备整体的运作性能,长期的振动会引起结构发生故障或损坏,从而降低装备的安全性与可靠性;另一方面,由齿轮箱振动产生的声辐射会使工作环境的噪声增高,影响工作人员的舒适性与身体健康。有效抑制齿轮箱的振动与噪声,是提高产品质量、增强可靠性和延长使用寿命的重要手段,有助于推动现代装备的应用和发展进步。目前针对齿轮箱的常用减振降噪技术可以分为两大类:对齿轮箱自身进行改进优化以及添加辅助结构如隔振器、阻尼材料等。齿轮箱生产成型之后不易进行结构改变,外加隔振降噪结构受到附加质量及安装空间的限制,往往无法用有限尺寸对中低频范围的振动与噪声实现较好的抑制。本文将局域共振型声子晶体运用于齿轮箱的减振降噪,利用声子晶体的带隙特性对齿轮箱中的振动与噪声波的传播进行抑制,为解决齿轮箱1000 Hz以下的中低频振动与噪声问题提供新的思路与方法。论文主要研究工作和结论如下:(1)以船用行星减速器为研究对象,对该齿轮箱箱体进行振动特性分析。首先对箱体进行约束状态下的模态求解,得到箱体前1000 Hz内的固有频率及模态振型;基于模态叠加法对简谐激励作用下箱体的振动响应进行计算与分析,提取箱体表面不同区域的关键测点的振动加速度级曲线,得到箱体振动较为剧烈的频率。(2)基于声学有限元法对箱体进行辐射噪声分析。建立集箱体结构网格、声学网格及场点网格为一体的齿轮箱辐射噪声仿真模型,得到箱体的辐射声功率曲线及声场中关键监测点的声压级频域曲线,在声传递向量法的基础上对箱体进行面板声学贡献量分析,以确定后续降噪板块与降噪频率。(3)结合齿轮箱箱体的表面结构,提出两种形式的局域共振型声子晶体板,根据弹性波动方程,结合Bloch定理对声子晶体开展能带结构求解与带隙产生机理探讨,分析几何参数、材料参数对声子晶体结构的局域共振带隙的影响规律,采取对声子晶体结构施加等轴预拉伸变形的方法对带隙进行主动调控,对有限周期排列的声子晶体结构开展振动与声辐射特性仿真研究,分析将其用于齿轮箱箱体减振降噪的可行性。(4)对施加声子晶体结构后的齿轮箱箱体进行振动与辐射噪声特性仿真分析。建立声子晶体与齿轮箱复合结构模型,通过对比箱体关键测点在施加声子晶体前后的振动频域曲线与辐射声压级曲线,对声子晶体的减振降噪效果进行分析。

关键词： TC4钛合金   微型齿轮   成形工艺   尺寸精度   充填行为   尺寸效应  

摘要： 微机电系统的广泛应用促进了微型构件的迅速发展,塑性成形技术以其高材料利用率、高生产率、低成本、优良的产品力学性能和尺寸精度成为微型构件最重要的制备方法。由于微型构件尺寸或特征尺寸在亚毫米或微米量级,材料在介观尺度范畴的塑性变形能力是影响产品成形性及尺寸精度的核心要素,所以具有良好塑性变形能力的材料（如纯铜）在微型构件塑性成形研究中备受青睐。钛合金因其较高的比强度、抗腐蚀性好、高低温性能优异和良好的生物相容性等特点,具有更广阔的应用前景并且可以在更加苛刻的环境下服役。但是,钛合金形变抗力大,塑性低,属于难变形材料,尤其在狭小特征结构处的塑性充填愈加困难;此外,尺寸效应的存在进一步降低钛合金微成形的尺度极限,进而严重影响钛合金微型构件的充填完整性。本文以α+β双相TC4钛合金微型齿轮为研究对象,利用β相良好的塑性成形能力,系统性研究TC4钛合金在β单相区的拉压塑性变形行为及其组织演化规律,为微齿轮塑性成形工艺及其数值模拟奠定了理论基础;其次,通过模具设计和工艺研究实现了高精度微齿轮的连续制备,并分析评价了成形微齿轮的组织、精度、性能;然后,基于微齿轮的最优成形参数,通过数值模拟以及分步挤压实验揭示了微齿轮在β单相区充填模腔的动态组织演化机制;最后,从晶粒尺寸及几何尺寸两方面研究了尺寸效应对微齿轮成形性、组织及性能的影响。主要研究工作如下:（1）系统性研究了TC4钛合金在β单相区的拉压塑性变形行为。基于Arrhenius模型建立了TC4钛合金在β单相区的本构方程,由计算值与实验值的比较验证了本构方程的拟合度。通过动态材料模型构建的β单相区热加工图表明,温度大于1075℃且应变速率大于1 s-1时不利于材料的塑性加工。针对不同热变参数下的β组织演化,引入了Zener-Hollomon参数ln Z并且重构了高温相β。结果表明,随着ln Z值的持续增加,β相的主导软化机制从动态回复过渡为持续性动态再结晶,进一步的转变过程为几何动态再结晶和持续性动态再结晶共存。β单相区在拉应变状态下主要以晶界滑动-晶界迁移-晶内滑移-晶粒细化的协同机制调节变形行为,并且样件表面具有明显的“橘皮效应”。（2）研究了模具材料、结构、工艺参数对微齿轮成形性的影响,并分析评价了成形微齿轮的组织、精度、性能。结果表明,传统的金属模具在最低温度830℃时可以实现TC4钛合金微齿轮的挤压成形,但是这一温度致使模具自身发生塑性变形,进而导致挤压制件表面质量不均,精度差,且模具拆卸困难。相比之下,石墨模具具有高温稳定性、自润滑及耐磨性,但是石墨材料在较高外载荷下容易脆性开裂。本文研究发现增加石墨凸模和内套之间的间隙,有助于降低挤压载荷,避免模具开裂失效,分析确定的最佳间隙值为80μm。凸模的挤压行程并不随温度的持续升高和挤压速率的持续降低而增加,而是温度-挤压速率-晶粒尺寸的耦合作用,只有在1200℃,0.01 mm/s的挤压参数下实现了凸模行程2 mm的连续挤压。挤压成形的微齿轮杆室温组织α沿纵向及横向均不断演变。微齿轮的总体硬度高于原始坯料,而同一截面处不同区域以及同一区域沿挤出方向硬度分布不均。制备的钛合金微齿轮具有良好的抗磨性,齿形边缘组织的磨损量仅为原始坯料的24%。钛合金微齿轮装配在某延时展开机构齿轮系中,测试结果满足展开机构的核心参数需求。针对微齿轮尺寸测量难题,搭建了检测精度0.6μm的微型齿轮专用高精度图像测量系统,所测齿根圆、齿顶圆、齿厚及齿槽的平均尺寸与基本尺寸偏差分别为2.3μm、3.2μm、10.2μm和10.7μm。（3）揭示了TC4钛合金微齿轮在β单相区充填模腔的动态组织演变机制。结果表明,坯料沿纵向及横向均存在温度梯度,并且应变率、应变及流动速率分布不均。此外,坯料中存在渗碳区域和非渗碳区域,挤压过程中β晶粒和渗碳区域的Ti C晶粒持续粗化。从挤压初始至挤压结束,坯料组织充填凹模模腔不同特征结构处的形变程度及形变行为不同,因此微齿轮杆同一截面处的齿形、齿根、齿心特征区域的组织结构不同,同一特征区域沿挤压方向的组织也在不断演变。在整个充填过程中,坯料的外层区域承受剪切作用,但是没有塑性流动行为。（4）阐明了尺寸效应对TC4钛合金微齿轮在β单相区充填成形的影响及机理。结果表明,挤压力随β晶粒尺寸的增加而增加,表现出晶粒尺寸效应。晶粒尺寸效应影响齿形中β晶粒的大小和畸变程度,而对于尺寸精度和硬度没有明显影响。提出了晶粒尺寸相关的屈服应力本构模型和与齿廓特征结构相关的尺寸因子表达式,基于此建立了晶粒尺寸效应相关的布尔林方程。相同齿数不同模数微齿轮的充填行程表明微齿轮挤压成形存在几何尺寸效应,这种效应并非“越小越强”和“越小越弱”,而是存在一个极值点。几何尺寸效应对不同模数微齿轮α和β组织特征均有影响。随模数增大,齿根处粗糙度值增加,整体硬度降低,但几

关键词： 齿轮齿面损伤   机器视觉   图像识别   改进网络   交互界面  

摘要： 齿轮是机械传动系统的关键零部件,其啮合质量直接影响传动系统的运行状况和使用寿命。齿轮传动具有效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长、传动比稳定等优点。一般来说,齿轮传动的失效主要是轮齿的失效,较为常见的有齿面点蚀、齿面磨损和轮齿折断等。齿面损伤会造成振动和产生噪声,降低使用寿命,影响齿轮的运动精度和工作稳定性,因此,齿轮失效成为显著影响机械装备性能和可靠性的关键问题。随着机器视觉和深度学习技术的发展,图像识别技术由传统的人工识别向计算机自主识别迈进。 针对齿面损伤识别问题,提出了一种齿面损伤识别模型,选取合适的卷积神经网络进行改进优化,从浮点运算数与参数量两个方面入手来提高网络模型的训练效率,使用该模型训练齿面图像数据集,实验表明,该模型既可以保证损伤识别的精度,又使模型有效压缩,降低训练成本。课题的主要研究内容如下: (1)搭建了深度学习图像识别软件环境,利用多种神经网络改进方法对ResNet-34网络进行了模型压缩。在精度误差允许的范围内,通过通道剪枝方法来减少参数和计算量,分解大卷积核来减少参数,使用全局平均池化来适应齿面尺寸并加速训练,应用迁移学习使模型更快收敛。构建了一种改进的ResNet-34网络模型,并利用官方纹理图像数据集DTD对改进后的模型进行了验证。 (2)设计了识别系统的总体方案,包括图像采集系统、识别分析系统和人机交互系统。根据检测目标尺寸与检测精度,进行了光源设备、工业相机和镜头等的硬件选型,搭建了图像采集平台并采集齿面图像。根据齿面的损伤成因和特征信息,对齿面图像进行损伤类型的手动分类,分为齿面点蚀、齿面磨损、轮齿折断和正常齿面,经过一系列图像处理方法制作成齿面图像数据集,为网络训练提供数据基础。 (3)将改进的ResNet-34网络模型用于训练齿面图像数据集,与初代ResNet-34网络进行对比,结果表明,改进网络既能保证准确率在97%以上,又能使计算量减少19.34%,训练时间缩短7.38%,实现对齿面损伤类型的识别。根据不同的齿面损伤形式,选取合适的阈值进行二值化图像处理,得出对应的齿面损伤程度信息。 (4)利用PyQT设计了齿面损伤识别及图像处理软件,包含显示图像、处理图像、识别损伤类型和判断损伤程度四大部分。

关键词： 人字齿轮传动系统   抗胶合承载能力   混合热弹流润滑特性   齿面接触温度   热力学磨损  

摘要： 人字行星齿轮传动系统作为现代高速重载机械设备中核心子系统，其在传动接触过程中齿面温度持续升高导致的胶合现象成为设备主要失效形式之一，其失效往往在瞬间发生且不可预测，制约着设备服役寿命和使用可靠性。齿轮齿面传动接触特性决定了人字齿轮抗胶合承载能力，针对人字齿轮啮合传动过程中接触特性不明，且目前对于人字齿轮传动系统齿面胶合承载能力研究较少，在现有的研究中大多忽略了齿面接触特性对胶合承载能力的影响。目前急需对人字齿轮传动系统抗胶合承载能力进行更为准确和深入的分析与研究，提高预测精度和可靠性。本文以单级人字齿轮为研究对象，开展了如下研究：　　（1）对人字齿轮混合热弹流润滑特性进行建模分析，考虑了粗糙表面微凸体弹性变形的影响，基于雷诺方程和润滑油粘-压-温和密-压-温效应改进了线接触混合热弹流润滑中心膜厚和最小膜厚的计算方法，根据给定齿轮几何参数和润滑油材料参数对混合热弹流润滑状态下人字齿轮相关参数进行求解。　　（2）考虑润滑油粘温粘压效应和齿面载荷分担理论对齿面接触温度算法进行改进，建立了齿面接触温度计算模型，并与 ISO 标准计算齿面接触温度结果进行比较。揭示了齿面摩擦热通量和接触温度沿啮合线的分布规律，分析了输入转矩、转速、齿面粗糙度和不同品类的润滑油对齿面接触温度的影响。　　（3）基于人字齿轮啮合几何原理对接触线长度、齿面接触压力和滑动距离分布状态进行计算，根据退化熵产生定理在预测变载荷工况下退化量的优势，建立了人字齿轮热力学磨损模型。得到了混合润滑状态下主动轮与从动轮齿面磨损深度分布，并与 Archard 磨损模型计算结果对比验证。此外进一步探讨了在分析过程中齿面接触状态对计算结果的影响。　　（4）建立了考虑齿面摩擦磨损影响下的人字齿轮胶合数值仿真模型，模拟了人字齿轮在FZG胶合试验程序下的胶合承载能力。分析齿面摩擦系数、接触温度、油膜粘度和油膜厚度随着时间变化趋势，对比了 ISO 标准与本文改进算法计算胶合失效阶段结果，并进一步揭示了齿面接触状态对预测胶合失效阶段的影响。通过与试验对比，从理论上验证了本文建立的胶合失效分析模型正确性。