摘 要

齿轮传动作为机械行业中应用最广泛的传动，也是故障发生最多的零件。齿轮在高负荷状态下运转，容易发生齿面疲劳，就容易产生齿面点蚀，甚至于剥落、轮齿折断。所以研究齿面点蚀对于齿轮故障研究非常重要。而点蚀首要会影响的就是齿轮啮合刚度，所以本文通过研究健康齿轮和点蚀齿轮啮合刚度的区别，来为齿轮故障诊断提供一些帮助。

本文研究内容主要包括：
（1）了解一些关于齿轮啮合刚度的计算方法。我先选用较为理想的石川法和能量法，来计算健康齿轮的啮合刚度，然后比分析两种计算方法的区别。关于能量法，讨论基圆与齿根圆大小不同时两种类型的区别。
（2）研究齿面点蚀齿轮形成的原理，建立齿轮点蚀模型，然后利用能量法计算不同程度的点蚀时的啮合刚度，分析不同程度点蚀的区别，分析其对齿轮刚度的影响。以此来评估齿面点蚀对齿轮的影响。

关键词：齿面点蚀、齿轮啮合刚度、石川法、能量法

Abstract

Gear transmission as the most widely used drive in the mechanical industry, it is also the most frequent parts of the fault.Gears in the high load state of operation is prone to tooth surface fatigue,then it is easy to produce tooth pitting, and even peeling, teeth broken.Therefore, it is very important to study tooth surface pitting for gear fault research.And what pitting will affect is the gear meshing stiffness,therefore, this paper studies the difference between the meshing stiffness of the health gear and the pitting gear to provide some help for gear fault diagnosis.

The main contents of this paper are as follows:

1. Learn about the calculation of gear meshing stiffness. First, I use the ideal Ishikawa method and energy method to calculate the meshing stiffness of healthy gears, and then compare the difference between the two calculation methods. With regard to the energy method, the difference between the two types of the base circle and the tooth circle is different.
2. Study the tooth pitting corrosion and establish the pitting model . Then, the joint stiffness of pitting is calculated by energy method. The difference of pitting is compared and analyzed.

Key Words：Tooth surface pitting, gear meshing rigidity, Ishikawa method, energy method.

目录

第1章 绪论 1

1.1 背景及当前研究现状介绍 1

1.1.1 齿轮故障的研究现状 1

1.1.2 齿面点蚀故障的研究现状 1

1.2 齿轮啮合原理对于齿轮的研究的帮助 2

1.3 主要研究内容 2

第2章 直齿圆柱齿轮的刚度计算方法 3

2.1 齿轮啮合刚度刚度的计算方法类型 3

2.2 齿轮啮合刚度计算公式 3

2.2.1 石川法 3

2.2.2 能量法 6

2.3 本章小结 12

第3章 齿轮刚度计算应用实例 13

3.1 MATLAB的介绍 13

3.2 用石川法计算健康齿轮啮合刚度 13

3.2.1 石川法计算程序 13

3.2.2 运算结果处理 15

3.3 用能量法计算健康齿轮啮合刚度 17

3.3.1 所用齿轮参数 17

3.3.2 能量法计算程序 17

3.4 本章小结 21

第4章 齿面点蚀齿轮的啮合刚度计算 22

4.1 单个齿坑齿面点蚀模拟方法 22

4.2 齿轮齿面点蚀刚度计算 23

4.3 齿轮点蚀程度模拟分类 24

4.4 点蚀齿轮啮合刚度的计算 24

4.5 齿轮三维模型展示 26

4.6 本章小结 27

第5章 总结 28

参考文献 29

致谢 30

第1章 绪论

1.1 背景及当前研究现状介绍

1.1.1 齿轮故障的研究现状

机械行业中，故障的处理方法通常分为三步，即检测、诊断和预测。其中，故障检测是首先要做的，我们需要将所得的信号进行处理，检测信号是否发生了明显的变化，因此来判断该机械是否存在故障。而对于不同方式运转的机械，它们所出现的故障方式也并不相同，所以对于不同类别的机械要进行不同的研究。

机械传动中最为常见的零件就是齿轮，同时也是最容易发生故障的零件。通过齿轮的应用，我们可以知道，齿轮有很多种失效形式，如齿面磨损、齿面胶合、齿面疲劳、轮齿折断和齿面塑性变形。这样每一种齿轮失效形式都会造成齿轮运转故障，导致机械设备出问题，甚至于造成严重的设备事故和巨大的经济损失。据统计，机械故障中80%是由齿轮引起，旋转机械中齿轮故障比达10%，齿轮箱中齿轮故障占比高达60%^[1]，所以对于齿轮故障的研究一直都在进行，齿轮故障诊断非常重要。

从上世纪初，人们就开始认识到齿轮中的一些问题，但直到六十年代中期才确定相应指标。到八十年代中期齿轮故障诊断方法发展迅速。在上世纪九十年代期间，国外的学者开发了一种模拟分析程序，它可以对齿轮的一些失效形式，如齿面磨损、齿面点蚀等，以及某些齿轮传动进行剖析^[2]。关于这个程序的发明，可以说是取得的很大的进步，然而，此程序模型的建立分析相当的复杂，它只能停留在试验阶段，无法实现推广。直到第二十一世纪初，一些外国学者通过有限元分析研究了不同的学科和不同的对象，并且将有限元分析方法与其他的方法相结合，才得到了一系列比较可靠的结论。

目前，不论是国内还是国外的学者，他们对齿轮的建模仿真研究还主要是正常齿轮的静力学和动力学分析的，而对于故障齿轮的理论模型的建模仿真研究并不像对正常齿轮那样深入，对于故障齿轮的研究还有待加强。