齿面磨损会改变齿廓形状从而导致接触状态发生改变,进而影响齿轮的动态特性和使用寿命等。针对渐开线直齿圆柱齿轮,基于Hertz理论和Archard公式建立磨损模型,并数值仿真了齿廓各点的磨损深度分布。计算表明,从齿根到齿顶磨损深度先减小后增大,在节点处磨损深度最小,在小齿轮的齿根处磨损深度最大,齿顶次之。在此基础上进一步探讨磨损对齿面接触载荷的影响,结果表明随着磨损深度的增加,双齿啮合区齿面载荷波动增加,单双齿交替点载荷突变减小。靠近齿根的双齿啮合区接触载荷先减小后增大,靠近齿顶的双齿啮合区接触载荷先增大后减小。该结论可以为进一步研究齿轮磨损影响因素进而提高齿轮的使用寿命提供理论支撑。

为了研究渐开线直齿轮在混合弹流润滑下的磨损演化过程和磨损规律,考虑齿轮副的润滑条件、热效应和磨损过程中的载荷变化,建立了混合弹流润滑下的直齿轮副磨损模型;计算了齿面磨损深度、齿面接触温度和接触压力,对齿轮副磨损过程中的齿面接触压力和接触温度的变化进行了分析。结果表明,在齿轮副啮入点处的磨损量较大,齿面磨损在一定程度上能够使啮入位置的接触压力和接触温度降低,啮入点附近磨损速率随时间呈降低趋势。分析了齿面粗糙度、输入转矩和转速等参数对直齿轮磨损规律的影响。结果表明,合理设计齿轮参数有利于抵抗齿轮磨损。

研究准静态工况下齿面非均匀磨损对齿轮模态特性的影响。根据Hertz接触理论和Archard公式建立准静态磨损模型,对齿轮齿面磨损情况进行数值仿真。计算结果表明,主、从动轮的齿顶处和齿根处磨损较大,其中,齿顶处磨损量小于齿根处,主动轮的齿根位置磨损量最大,节点处齿轮做纯滚动,不产生磨损,在单齿、双齿啮合区交替处磨损量有突变。在此基础上,按数值分析结果施加齿面磨损故障,导入到Abaqus中进行仿真,进一步分析了磨损前后齿轮的模态特性。仿真结果表明,齿轮具有丰富的振动形态,磨损对振型影响不明显,但固有频率出现明显升高,其中,7~10阶的高阶固有频率增大幅度要高于低阶固有频率增大的幅度。

为了获取面齿轮磨损区域的位置和大小信息,提出了一种基于逆向工程的面齿轮齿面磨损检测方法。根据测量原理,推导了测量坐标的转换矩阵;通过齿廓偏差测量及误差补偿算法,求得测量点的补偿点,并给出了NURBS曲面拟合的控制方程;搭建试验台,进行了实例操作,将标准齿面与磨损曲面进行对比分析,未磨损区域数据匹配性良好,磨损区域数据点清晰、无噪点。结果说明,基于逆向工程的面齿轮齿面磨损检测方法正确可行,为以后的绿色再制造提供了技术支撑。

基于齿轮啮合原理和微分几何理论,获得插齿刀具与非圆齿轮齿坯的运动坐标转换关系,模拟了非圆齿轮齿廓获取的插齿加工过程;同时,针对非圆齿轮传动过程中的冲击振动和噪声问题,以插齿刀具修形为手段,以非圆齿轮齿廓修形为目的,得到了一种精确、高效、通用的非圆齿轮齿廓的修形设计方法;利用动力学仿真软件,对修形前后的非圆齿轮进行了运动学仿真。结果说明,修形后的非圆齿轮在传动过程中的冲击振动现象明显减弱,能够有效降低齿面磨损,较好地增加轮齿的使用寿命,验证了该修形方法的正确性。为非圆齿轮的实际应用与发展提供了重要的理论研究方法和设计依据。

磨损是齿轮的主要失效形式之一,研究其磨损特性对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的主动设计有指导意义。基于Hertz接触理论和Archard磨损计算通式,建立变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的磨损模型,计算了齿面各点磨损量随工况参数和设计参数的变化规律。分析表明,变双曲圆弧齿线圆柱齿轮副齿面磨损沿齿廓方向从齿根到齿顶先减小后增大,且齿根区域的磨损量大于齿顶区域的磨损量,节圆附近磨损量最小;沿齿宽方向呈对称分布,中截面磨损量最大,从中截面到两端面磨损量依次减小。研究可为变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的失效研究和寿命预测提供理论基础。

高速重载齿轮常常工作在混合润滑状态,为了准确预测齿面的磨损程度,提出一种油润滑齿轮的磨损分析模型,使其能够在微观尺寸上对混合润滑齿面的磨损过程进行准确地描述.依据实测的齿面形貌特征生成非高斯粗糙面,将热-应力耦合分析结果作为混合润滑分析的工况条件和初始条件,研究一定工况下齿面的应力分布、润滑状态及磨损趋势,进而揭示了齿面磨损机理.结果表明油润滑齿面磨损率受多重因素综合影响;粗糙峰的形状及分布方向会显著影响齿面的磨损程度;磨损率的预测结果与试验数据较为一致,表明混合润滑齿面的磨损预测方法具有实际工程意义.

裂纹-磨损耦合损伤作为常见的齿轮失效形式,会显著改变齿轮传动系统的振动特性。为探明这一耦合损伤对传动系统振动特性的影响,建立计入裂纹与磨损效应的直齿轮传动系统动力学模型,并对其进行振动分析。首先,采用集中参数法建立直齿轮传动系统的非线性动力学模型,基于势能法分析齿根裂纹对齿轮副啮合刚度的影响;通过磨损仿真计算了齿轮副的综合磨损量,并将其引入到传动系统的位移激励。最后,采用龙格-库塔法求解传动系统的稳态动力学响应,分析裂纹-磨损耦合损伤模式下直齿轮系统的振动特性。结果表明,裂纹-磨损耦合损伤会诱发系统振动的幅值调制和频率调制,产生比单一损伤更为明显的啮合冲击。

齿面磨损及轴承间隙是影响齿轮系统动力学的重要因素,为揭示齿面磨损及轴承间隙对齿轮系统动力学的影响,建立了6自由度弯扭耦合模型,该模型考虑了齿面磨损、轴承间隙、摩擦及齿侧间隙等因素。通过Runge-Kutta法对动力学微分方程进行求解并得到系统的动态响应。研究结果表明,当齿轮由未磨损状态转变为轻微磨损状态时,齿轮系统动态传递误差振幅减小,振动减小;随着齿面的不断磨损,到达严重磨损时,动态传递误差振幅增大,振动加强;齿轮动态传递误差的振幅随着轴承间隙的增大逐渐增大,同时系统发生谐振现象,影响系统的稳定性。

以流量信号作为特征信息进行液压故障诊断分析了液压系统中出现流量异常时的主要表现及产生原因，基于流量信号与液压系统工况之间关系的分析及CBG 2040型齿轮泵的4种故障的实验研究，指出：流量信号也是状态信息的丰富载体，利用流量信号来监测液压系统的状态及进行故障诊断是可行的、有效的．