齿轮-轴-轴承系统是现代机械工业常用的传动机构。当轴承外圈与轴承座出现配合间隙时,传动系统会产生复杂的振动响应,使运行状态识别变得十分困难。建立了36自由度的齿轮-轴-配合间隙轴承系统动力学模型,该模型结合齿轮副系统和轴承系统,考虑了配合间隙引起的碰摩;并通过Hertz理论中的非线性接触和库仑摩擦模型计算了轴承外圈和轴承座之间的接触力。结果表明,当轴承外圈与轴承座之间产生配合间隙后,传动系统的时域响应受到轴承外滚道故障频率的调幅,配合间隙越大,调幅现象越严重;由于衰减次数的增加,响应频谱上出现齿轮副和轴承的超谐波频率,传动系统的超谐波响应被激发;随着轴承外圈配合间隙的增加,更高阶的超谐波响应会被激发。最后,通过实验验证了所建立模型和对既得结果分析的正确性。

圆柱直齿轮副是机械装置中常用的关键传动部件,常因齿面的周期性载荷和疲劳磨损出现齿根裂纹故障,导致齿轮副振动和噪声增大,严重影响机械系统的工作性能,需要及时检测。但齿轮副的工作环境存在随机振动和白噪声等因素,易使齿轮副的振动频谱中出现杂频,淹没故障信号,不利于对齿轮副裂纹故障的识别。针对齿轮副齿根裂纹故障的振动信号,采用小波变换对信号进行分解与重构;建立基于双树复小波的降噪模型,实现对振动信号的有效降噪,形成了齿轮副裂纹故障检测方法。实验验证表明,该方法的降噪效果优于常用的硬阈值函数小波降噪和软阈值函数小波降噪算法,可较为准确地判断出齿轮箱的故障类型,为圆柱直齿轮副的状态判别提供科学依据。

作为机械装备中的关键传动机构,渐开线直齿轮在啮合传动过程中,受极端工况影响,轮齿表面极易引发剥落缺陷,改变齿轮副啮合刚度,严重影响其工作性能和传动效率。针对轮齿表面剥落形貌演变过程中的齿轮副啮合刚度,以拓展后边缘线与原矩形剥落边缘线夹角描述剥落故障演变,结合势能法构建了含剥落故障齿轮副的啮合刚度计算模型。结果表明,当齿轮副发生齿面剥落时,会使剥落区域参与的啮合区间啮合刚度减小,并且随着剥落参数的增大,齿轮啮合刚度减小趋势增大;当剥落区域沿齿轮副轴向中心面不对称时,齿轮易发生扭转变形而产生扭转刚度;同时,由于摩擦力存在,剥落区域边缘会进一步拓展,使剥落区域的宽度增大,导致齿轮副时变啮合刚度曲线变化的区间范围增大。

受装配工艺的影响,渐开线直齿轮副传动轴极易出现平行度误差,直接改变齿轮副时变啮合刚度变化规律,进而影响齿轮副的工作状态。为揭示平行度误差对啮合刚度的影响规律,文中采用势能法建立考虑传动轴平行度误差的齿轮副啮合刚度模型,研究平行度误差和齿面摩擦共同作用下的齿轮副啮合刚度变化规律。结果表明当传动轴出现平行度误差时,齿轮啮合传动时出现扭转变形,产生轮齿扭转刚度,导致齿轮副啮合刚度减小,且啮合刚度随着平行度误差增大而减小,而齿面摩擦直接影响直齿轮副双齿啮合区间和单齿啮合区间啮入阶段的啮合刚度,减小单齿啮合区间啮出阶段的啮合刚度。

渐开线直齿轮副啮合传动过程中,受周期性热应力载荷及载荷突增等因素影响,齿面常出现点蚀剥落故障,严重影响齿轮传动性能。文中以Block理论描述齿面闪温特征,借助势能法获取啮合刚度模型,进而建立剥落故障直齿轮副振动分析模型,深入研究齿面闪温对直齿轮副振动特征的影响规律。结果表明直齿轮副传动过程中,两齿面滑动摩擦产生热量,导致轮齿表面有小幅温升,发生热应力变形,而齿轮副转轴频率调制生成的边频带分布区间,边频带间隔为转轴频率。

为更方便灵活的控制滑靴副的油膜特性,提出了一种以液压力和电磁力相平衡的磁性滑靴副结构,并建立了数学模型和有限元模型。分析了电压、电场强度等对磁性滑靴副工作性能与使用寿命的影响。结果表明:磁性滑靴副中铁芯与斜盘接触处电场强度最大,易出现放电影响使用寿命;主磁路能构成闭合回路且漏磁较少,励磁绕组线圈之间的磁场不存在叠加和干涉;安匝数越多电磁力越大,通入不同的电流磁感应强度峰值均出现在励磁绕组线圈顶端,磁感应强度达到峰值后迅速衰减并趋于平滑,在励磁绕组线圈底端时磁感应强度最小。

斜盘是双侧驱动轴向柱塞马达实现液压力平衡的关键零部件之一,能否合理设计斜盘结构对整个马达的性能有很大的影响。基于双侧驱动轴向柱塞马达,引入了新型斜盘结构,分析了柱塞及滑靴运动轨迹对斜盘尺寸的影响。结果表明：各个斜盘斜面的倾角、各排柱塞直径及分布圆直径、滑靴相关尺寸等对斜盘尺寸都有一定的影响,以此为基础采用新的设计方法对斜盘进行设计,并通过实例计算与校核证明该设计方法有效。该研究可为双侧驱动轴向柱塞马达结构设计提供指导。