为了对齿轮试验台运行状态进行监测,及时有效地发现运行故障,保证设备稳定地运行,提出了一种基于数字孪生的齿轮试验台状态监测方法。通过建立齿轮试验台的数字孪生模型,实时仿真齿轮试验台在正常运行工况下的运行状态,实现对齿轮试验台设备状态监测、故障判断和运行状态的预测。经闭功率流齿轮试验台测试结果对比表明,齿轮试验台数字孪生体仿真结果与齿轮试验台测试结果基本一致,此技术可以还原正常运行工况下齿轮试验台的运行状况,从而实现对齿轮试验台的状态监测,为故障诊断、状态监测提供了一种新方法。

针对齿轮材料、数控铣齿方法和热处理规范均相同的同一批次的弧齿锥齿轮,基于自助法对少量齿面偏差样本数据进行自助再抽样,得到大量的样本数据,建立了批量弧齿锥齿轮齿面偏差的自助法统计模型;计算了齿面测量顺序点的概率特征值,利用k-s检验了其是否符合正态分布,并选取估计真值、估计区间等参数,描述了其统计规律和结果;通过三次NURBS曲面拟合方法,得到了整批次齿面偏差变化规律,实现了整批次齿面精度的有效评价。该自助法统计模型为指导齿面加工参数修正和高效稳定生产提供了理论依据。

为了降低弧齿锥齿轮在批量加工制造中存在的齿面偏差,提出一种基于自助法的弧齿锥齿轮齿面修正方法。以同一批次小样本弧齿锥齿轮作为研究对象,在自助法统计齿面偏差检测数据的基础上,得到大量的齿面偏差数据;利用NURBS曲面拟合方法构建齿面的均值差曲面,将它作为实际加工齿面,建立齿面偏差的数字化预控补偿模型,对它进行优化求解,得到批量齿面数控加工的机床修正参数,然后不断调整机床加工参数,实现齿面的预控修正补偿;最后对修正前、后齿面偏差作对比分析。结果表明:小轮齿面偏差比修正前降低了76.66%,验证了自助法齿面修正理论的有效性,对指导弧齿锥齿轮批量齿面修正提供了理论依据。

在传统的齿轮振动与噪声测量的基础上，提出了一种使用旋转编码器为采集振动与噪声数据提供齿轮分度时标的测量方法；通过对齿轮啮合时谐波特征的分析，建立了螺旋锥齿轮振动与噪声的同步测量模型，推导了时标信号的频率特性，并分析了其滤波效果；然后在此基础上利用MATLAB软件对齿轮传动中的啮合频率及其谐波进行了仿真与分析；最后，在Y9550型滚动检验机上搭建振动与噪声测量的试验平台，并对螺旋锥齿轮的振动与噪声进行了测量验证。结果表明，利用时标分度信号的测量方法能够有效地隔离机床本身的振动并减少输入噪声的扰动及其他影响，进而准确地提取出与啮合周期信号相关的频率信息。

基于齿面检测信息,识别并分析了齿面误差及其影响因素,推导出了机床运动参数与齿面误差的映射关系;开发了齿面误差自动识别系统来自动确定误差类型及机床运动参数修正项;建立了四轴联动数控铣齿机运动修正模型,通过数值优化计算实现了机床运动参数的自动修正,并经由测量加工网络完成了修正参数至数控机床的自动反馈.实验及应用表明,通过齿面误差的自动识别、机床运动参数的自动修正与反馈处理,达到了有效减小齿面误差的预期效果,齿面精度能够满足设计要求,很好地实现了螺旋锥齿轮的数字化闭环制造.

为了满足带轴锥齿轮超声研磨加工的谐振频率要求,利用波动理论对不同结构的3种带轴锥齿轮的超声变幅系统进行谐振设计,建立了统一的谐振频率方程,并对位移放大系数和最大应力进行了比较。运用有限元方法,对由复合变幅杆和换能器组成的超声激励-变幅振动系统进行了模态分析和谐响应分析。最后对超声振动系统进行了阻抗分析和频率测试。试验结果表明：实际超声振动系统的谐振频率为23.269kHz,与设计频率误差约1.17%,试验结果与有限元分析和理论分析结果基本吻合,验证了理论设计的准确性。

为了改善齿轮副的对角接触现象，将常规弧齿锥齿轮的渐缩齿改为等高齿齿形，采用0号刀齿铣齿，从理论上避免对角接触。基于齿轮的局部啮合原理、齿面接触分析（TCA）技术和承载齿面接触分析（LTCA）技术，对相同条件下等高齿设计与常规齿轮设计的实际接触区、载荷及应力应变进行了分析。分析与加工试验结果表明：理论与实际接触区位置基本相同，所受力的大小以及应力分布也基本相同。与传统的齿轮设计相比，等高齿弧齿锥齿轮设计保证了齿轮强度、齿轮啮合质量，使其接触区规范且易于调整，有利于提高加工效率。

为了实现基于UG的等基圆齿面的快速自动编程及数控加工,以等基圆锥齿轮理论为基础,结合空间啮合原理,建立了等基圆齿锥齿轮的加工坐标系,根据各坐标系之间的转换矩阵,建立了等基圆齿锥齿轮的齿面方程,通过计算及离散点提取,在UG软件中对等基圆齿面进行建模。将建立好的齿轮模型导入UG软件,利用软件的CAM模块,对等基圆锥齿轮进行基于球头铣刀的数控加工自动编程,生成数控代码。将建立好的待精加工齿轮模型、数控代码一并导入VERICUT软件,利用VERICUT软件进行齿面精加工仿真,并利用VERICUT软件的曲面虚拟检查功能,对理论齿面与仿真加工所得齿面进行对比,验证了齿面建模、数控加工方法的正确性及其可行性。

摆线轮齿面加工精度是影响RV减速器运动性能的关键因素,而根据齿面误差检测数据进行机床磨削参数的反调修正更是摆线轮制造过程的重要环节。通过摆线轮展成磨削原理分析,明确了砂轮与摆线轮之间的复杂运动关系,建立了摆线轮齿面展成磨削运动关系模型,并借助于齿轮啮合理论和空间坐标转换原理,推导了以机床磨削参数为变量的摆线轮理论齿面及法矢的数学表达,为检测后齿廓误差的反调修正提供理论依据。根据构建的摆线展成磨削模型,讨论了主要磨削参数对齿面误差的影响规律。最后,与采用摆线生成原理得到的摆线轮齿廓进行了对比验证,证明了该齿廓方程表达及其建立方法的正确性。它不仅可以为摆线轮加工误差检测提供必需的理论数据,而且对摆线轮机床磨削参数的反调修正以及摆线轮齿面精度改善具有重要的理论意义。