关键词： 弧齿锥齿轮   参数化建模   静态接触分析   动态接触分析   模态分析  

摘要： 相较于传统直齿锥齿轮而言,弧齿锥齿轮因结构的特殊性能够拥有更大的重合度,这使得弧齿锥齿轮在保证工作稳定性的情况下具有更强的承载能力。弧齿锥齿轮的啮合传动复杂过程,齿面接触区域会随时间变化而变化。为保证弧齿锥齿轮的传动性能要求,有必要对其动静态啮合接触特性以及相关影响因素进行深入的探究。本文的研究内容大致可分为两部分。第一部分是弧齿锥齿轮三维模型的设计。弧齿锥齿轮齿面结构复杂,传统的设计方法耗时费力效率太低,本文通过对弧齿锥齿轮建模方法进行研究,提出参数化建模的方法,提升弧齿锥齿轮的设计效率并创建出齿轮的几何模型,为后续研究工作做好铺垫。第二部分主要为弧齿锥齿轮的有限元分析工作。依照接触有限元问题的研究方法创建出合理的有限元模型,在参考已有的齿轮有限元分析前处理方法的基础上总结出更加合理的新方法。运用接触力学原理,对弧齿锥齿轮进行静态接触分析,求得齿轮的齿面接触应力与齿根弯曲应力的分布规律。研究负载时的重合度与传动误差的计算方法,并分析在不同载荷条件下重合度与传动误差的变化规律。根据弧齿锥齿轮动力学相关理论对齿轮进行动态接触分析,分别对影响弧齿锥齿轮动态啮合接触性能的阻尼、惯性载荷、摩擦系数、主动轮转速等因素进行研究,分析各个因素的变化对弧齿锥齿轮动态啮合的影响规律并总结。根据振动理论,对弧齿锥齿轮进行模态分析并分别求出对结构动态特性影响较大的前几阶模态的固有频率及模态振型。同时,针对齿轮啮合过程中的振动问题,在设计中提出可行性建议。

关键词： 齿轮传动系统   动力学   润滑   热效应   航空发动机  

摘要： 齿轮传动涡扇发动机(Geared Turbofan Engine,GTF)具有涵道比高、结构紧凑、质量轻、噪音低等突出优势成为现在航空发动机研究的主流方向。但是,航空发动机恶劣的工况条件、严苛的尺寸空间要求、高可靠性长寿命的设计指标及其对附件润滑系统重量的严格限定,给GTF齿轮传动系统的动力学分析精度及润滑设计之精确性提出了近乎苛刻的要求。对此,本文在充分考虑GTF齿轮传动系统重载高速工况、结构特征及严苛设计要求的前提下,将系统动力学分析与润滑设计有机融合,构建了 GTF星型齿轮传动系统动力学与润滑特性耦合分析方法,开展系统动力学行为与润滑特性耦合分析。本文主要的研究内容如下:(1)基于GTF齿轮传动系统的压力喷油润滑工程实际,开展喷油润滑条件下人字齿轮齿面油膜沉积铺展特性仿真分析,探讨了进油压力与齿面油膜沉积厚度之间的关联关系。(2)针对GTF滑动轴承轴颈固定、轴瓦旋转的特殊结构,开展其热流耦合仿真,分析进油压力与轴心位置参数共同作用下的GTF滑动轴承支承特性变化规律。(3)开展考虑齿面摩擦及滑动轴承油膜粘性摩擦协同作用下的齿轮热效应分析,获得进油压力与GTF滑动轴承轴心位置参数共同作用下的齿轮热变形规律。(4)借助GA-BP神经网络技术实现了齿面油膜沉积铺展仿真、GTF滑动轴承热流耦合仿真、齿轮热效应仿真分析等与后续系统动力学方程之解耦;并建立了考虑热效应的动态耦合间隙模型、多态性时变齿面摩擦特性模型、多态性时变齿面啮合刚度/阻尼计算模型;采用集中质量法构建包含以上非线性激励的GTF星型齿轮传动系统动力学与润滑特性耦合分析模型,并对其进行数学处理,最终选用Runge-Kutta法对模型进行求解。(5)基于上述建立的齿轮传动系统动力学与润滑特性耦合分析模型,开展系统动力学及润滑特性耦合分析。通过对比常规动力学模型(时变啮合刚度/阻尼、综合啮合误差)、纳入流体作用(不考虑热效应)的系统动力学模型、考虑热流固多场耦合作用的系统动力学与润滑特性耦合分析模型之差异、静/动态条件下系统润滑特性差异、不同润滑参数下的系统动力学与润滑特性分析等工作,以揭示齿轮传动系统动力学与润滑特性耦合机理。本文研究结果表明:综合对比三种模型所获得的系统振动响应可以看出,太阳轮、星轮、内齿圈沿竖直方向的振动加速度均大于水平方向,且星轮的振动加速度最大、太阳轮次之、内齿圈最小;相比于常规动力学模型,纳入流体作用下的非线性激励后,系统的振动响应均有数量级层面的大幅增加,且呈现出更为复杂的频率成分;进一步考虑热效应之后,系统振动加速度数值进一步增大,振动响应亦发生明显变化。将系统动力学与润滑特性相融合后,受系统工作过程中的动态啮合力影响,齿面摩擦学行为及GTF滑动轴承支承特性亦表现出明显的周期时变特性;将热效应纳入至系统动力学分析流程中,丰富和复杂的非线性激励使得动态条件下的齿面及滑动轴承油膜工作特性亦表现出新的变化。进一步分析表明,随进油压力的变化,齿面摩擦激励、齿侧间隙激励及GTF滑动轴承支承特性均呈现出不同的变化,三者综合博弈使得系统表现出更为丰富的振动响应。综上所述,系统动力学与润滑特性之间存在明显的耦合关系,而热效应引起的热变形是表征动力学与润滑特性耦合机理的有效桥梁,润滑参数对系统动力学行为有着直观的影响,以上分析充分体现了将系统动力学与润滑特性进行耦合分析的理论与工程应用价值,也进一步说明通过润滑参数与系统结构参数的综合优化可进一步提升齿轮传动系统综合性能的可行性。本文以GTF航空发动机齿轮传动系统为研究对象,贯通从润滑参数→相关动力学参数→系统动力学行为与润滑特性的分析路径,在探明齿轮传动系统动力学及润滑特性耦合机理的基础上,构建了系统动力学与润滑特性耦合分析理论技术,对提升GTF齿轮传动系统分析与之设计精度有一定程度的裨益,也为服役于航空发动机、燃气轮机、船舶舰艇等重大设备中的重载高速齿轮传动系统分析与设计提供理论及技术参考。

关键词： 齿轮传动装置   台架刚度   固有频率  

摘要： 齿轮传动装置的动态特性直接影响其工作性能。以某电厂用调速齿轮传动装置为研究对象，在进行出厂试验过程中发现，齿轮传动装置试验台架存在刚度不足问题，从而影响齿轮传动装置及台架试验系统的固有频率。通过优化试验台架，改变了齿轮传动装置及台架试验系统的固有特性，改善了台架试验中的振动情况。

关键词： 圆柱齿轮   势能法   啮合刚度   承载接触分析   非线性动力学  

摘要： 当前高速、高精度、高稳定性成为齿轮传动系统的发展方向,对齿轮系统的动态特性进行研究具有重要的理论意义与工程应用价值。啮合刚度计算是齿轮承载接触分析与动力学分析的基础,其时变性是齿轮系统振动噪声形成的主要原因。但目前啮合刚度的计算多针对标准齿面或简单修形齿轮,而对于空间结构复杂的拓扑修形齿轮研究不足,其啮合刚度的精确计算尚需进一步探讨。鉴于此,本文提出一种准确便捷的修形圆柱齿轮啮合刚度算法,并对拓扑修形齿轮进行了动力学分析。主要研究内容如下:(1)建立了修形齿轮切片模型,完成了齿轮切片单元刚度计算。讨论分析了各种轮齿刚度求解方法,基于积分思想将齿轮进行离散切片处理,建立了修形圆柱齿轮的通用刚度分析模型,为保留精确修形齿廓特征,选取势能法推导了切片单元的啮合刚度计算公式。(2)完成了齿轮时变啮合刚度计算,给出了修形圆柱齿轮的承载接触分析流程。基于差齿面Ease-off进行了轮齿接触分析,利用啮合间隙与接触发生条件建立了修形齿轮承载模型,并结合变形协调条件以及最小势能原理进行了承载接触分析,得到了一种便捷的修形圆柱齿轮啮合刚度计算方法。并在此基础上提出了拟赫兹单元法解决了齿面边缘接触的应力计算问题。在三种负载下进行了承载接触分析与齿面应力计算,与MASTA软件对比,误差基本在5%以内,验证了理论算法的正确性,为齿轮动力学系统输入激励的精确求解奠定了基础。(3)在刚度计算的基础上,完成了修形圆柱齿轮的非线性动力学分析。将承载接触分析得到的啮合刚度作为输入激励,利用集中质量法建立了考虑精确啮合刚度、齿面误差及侧隙的修形圆柱齿轮非线性动力学模型,通过牛顿第二定律得到了动力学微分方程,利用Runge-kutta法求解了不同负载下的齿轮扭转振动加速度,与ADAMS软件对比一致性良好,验证了动力学模型的准确性以及求解结果的可靠性。(4)根据建立的承载接触分析流程以及非线性动力学分析模型,开发了修形圆柱齿轮动力学分析软件。基于软件的功能需求,给出了软件总体的界面设计思路,并基于MATLAB的软件开发工具APP Designer,尝试开发了修形圆柱齿轮几何分析-静力学分析-动力学分析软件,可以高效便捷地完成复杂拓扑修形圆柱齿轮的几何与动态性能分析。(5)搭建了齿轮动态性能试验台,进行了两种工况的齿轮振动加速度测试试验。从幅频特性看,理论仿真与试验结果具有较好的一致性,误差在合理范围之内。验证了本文所建理论模型正确,计算精度能够满足一般的工程应用需求。

关键词： 齿轮箱在线状态监测   振动机理   连续小波变换   深度卷积神经网络  

摘要： 齿轮箱在动力传动领域中应用十分广泛。作为大部分机械设备的关键传动部件,齿轮箱发生故障时无疑会对设备的健康运行造成威胁,若故障严重还可能造成其他部件损伤甚至设备瘫痪。因此,在实际应用中,对于齿轮箱的健康状态监测是非常必要的,其对生产安全保障以及设备维护工作等都有着积极的意义。本文以齿轮箱运行中易于采集的振动信号作为监测对象,提出了一种基于连续小波变换(Continuous Wavelet Transformation,CWT)和深度卷积神经网络(Deep Convolutional Neural Network,DCNN)的在线状态监测方法,结合了前者的时频分析优势和后者的图像识别能力。首先,基于动力学与故障分析,研究了齿轮箱振动信号的产生机理和典型频域特征,建立了几种典型状态下的振动信号数学模型,有利于对齿轮箱振动信号的非平稳性、非线性和冲击性特点做可解释性分析。针对齿轮箱振动信号的特点,将其时频域特征用作状态分类对象。选用基于Morlet小波的连续小波变换方法对信号提取时频域特征,利用该方法对PHM2009数据集振动信号做特征提取,得到的小波时频图具有良好的时频分辨率和类别分辨性。然后,基于连续小波变换和PHM2009数据集制作小波时频图集,供状态分类使用。针对提取到的时频图数据,本文采用了在图像识别领域表现优异的深度卷积神经网络方法对其做识别分类,搭建了包含5个卷积层、3个全连接层的网络模型。基于梯度下降法对网络进行训练,训练完成的深度卷积神经网络模型在训练集、验证集和测试集上的准确率均达到100%。通过测试结果分析以及tSNE分析验证了该网络的泛化性能和分类可靠性。基于本文中所使用的计算平台,所训练好的深度卷积神经网络模型做分类测试平均用时在0.3s左右,时频特征提取平均用时1s左右,若基于性能更佳的计算机平台以及高效率的数据采集条件,可以更好地满足对齿轮箱在线状态监测的要求。

关键词： 管道机器人   双质体   傅里叶非圆齿轮   非对称惯性力   动力学模型  

摘要： 管网是天然气、石化和核工业等重要领域的基础设施,而管道机器人是实现管网智慧管理必不可少的设备。现有的轮式、腿式、履带式管道机器人,很难在输送腐蚀、易燃介质或直径较小的特种管道环境中工作,而动力系统完全密封、结构紧凑的惯性管道机器人更具优越性,研究具有高移动能力的惯性管道机器人对极端管网维护具有重要意义。为了提升惯性管道机器人的移动性能,提出了两种非圆齿轮驱动的双质体惯性管道机器人,并阐明了两种机器人的机构原理与行走机制。针对其内部非对称惯性激振系统,设计了一种新型的变速非圆齿轮,并且讨论了非圆齿轮为凸形的边界条件。为了研究机器人的移动规律,建立了干燥管道环境中两种管道机器人的两自由度动力学模型。分析了非圆齿轮不同阶数、系数以及相位角对管道机器人移动性能的影响。进一步,对两种类型机器人的动力学行为进行定量分析,解释了关键设计参数对移动性能的影响规律,发现如下结论:对于惯性管道机器人,平均移动速度随着电机转速、连接弹簧刚度的增大先增大后减小再增大,随着非圆齿轮偏心率的增大先增大后减小;对于冲击管道机器人,随着非圆齿轮偏心率以及电机转速在每个区间上增大而增大,随着碰撞间隙的增大而减小。通过对比,得出了双质体冲击管道机器人移动性能更好的结论。最后,设计并试制了双质体冲击管道机器人试验样机,测试了冲击管道机器人在不同转速下的平均速度,并与理论数值进行对比,二者整体的变化趋势相符,试验结果表明理论分析与试验基本吻合,从而证明了利用偏心块激发非对称惯性力和碰撞冲击提高机器人移动性能的可行性,同时验证了双质体冲击管道机器人动力学模型的正确性。

关键词： 面齿轮   齿面修形   计算机辅助优化   接触性能  

摘要： 面齿轮传动用于非平行轴间动力的传递,其齿面方程复杂且容易发生边缘接触,特别是针对加载和存在安装误差等情况下,通常需反复修改(优化)设计参数来满足设计要求。面齿轮副优化设计的思路是先根据工况确定初始设计参数,再进行齿面接触分析,根据分析结果判断是否满足设计要求,如不满足则修改齿面修形参数直到满足要求。在该过程中的关键技术是齿面接触分析,可采用解析法或者有限元法。采用解析法时,计算时间通常比有限元法少,但应力和接触区域的计算通常没有有限元法准确,且在复杂情况下可能计算不稳定。采用有限元法时,虽然计算稳定且结果准确,但是其优化过程涉及软件操作步骤多,通常需要大量人工操作,使得整个优化过程的自动化(相应的技术即为计算机辅助优化技术)十分困难。在此前的研究中,计算机辅助优化技术仅应用于简单齿轮设计中,而对于复杂齿面齿轮副,其齿面三维建模、网格划分及其啮合分析在计算机辅助优化过程中更复杂,目前缺乏相应的技术体系。为此,本文对面齿轮副传动的计算机辅助优化设计技术进行了研究,其主要研究内容如下:(1)推导了抛物线修形面齿轮和综合修形小轮齿面方程,建立了未加载和加载面齿轮传动副齿面接触分析模型;(2)给出了面齿轮传动副的初步设计方法,可基于面齿轮副的工作工况给出推荐设计参数,并进行接触和弯曲疲劳强度校核,编制了面齿轮传动副初步设计软件;(3)对面齿轮传动副齿面进行了修形优化分析,以几何传动误差曲线抛物线两端对称、接触区域位于齿面中部和齿面接触应力最小为优化目标,以避免发生边缘接触为约束条件,以面齿轮和小轮修形参数为优化变量建立优化模型,通过ULH实验设计算法为优化提供均匀分布的初始设计空间,采用NSGA-II和RSM近似模型结合的快速优化算法进行计算,寻找最优修形参数组合;(4)通过编写Python脚本程序,在mode FRONTIER?软件中对面齿轮传动副建模、仿真及优化分析各模块进行了集成,给定基本设计参数,可实现面齿轮副自动建模、装配、划分网格、仿真分析及数据提取,避免了大量重复性的手动操作,缩短了面齿轮副设计周期,同时,给定修形参数设计范围,也可进行优化计算得到满足设计需求的最优修形参数组合,改善齿面接触性能;(5)通过实验对优化所得最优修形参数组合的面齿轮副齿面接触区域进行了验证。研究结果表明:本文面齿轮传动计算机辅助优化技术不仅可计算得到一组满足接触性能要求的最优修形参数组合,避免发生边缘接触,且优化后接触应力降低了31.12%,改善了面齿轮副的齿面接触性能,同时,实现了基于有限元法进行接触仿真分析的面齿轮传动计算机辅助优化设计系统,避免了大量人工的操作,提高了面齿轮副优化设计效率。本文研究可为面齿轮副传动的计算机辅助优化设计提供参考。图49幅,表23个,参考文献65篇

关键词： 行星齿轮箱   故障诊断   特征选择   双样本z检验   双向长短期记忆网络   支持向量机  

摘要： 行星齿轮箱是机械传动系统必不可少的零部件，其工况经常变化，工作环境恶劣，在运行过程中经常出现各种故障，进而带来重大的经济损失和生命危险。因此，对行星齿轮箱运行过程中的故障进行智能诊断研究具有重要的现实意义。本文针对行星齿轮箱太阳轮故障诊断问题，从振动信号分析的角度仔细研究了其目前存在的具体问题，并提出了相应的解决方案。具体而言，本文将行星齿轮箱太阳轮故障诊断问题分为特征分析和建立故障诊断模型两部分。针对时频特征维度偏高和特征冗余的问题，提出了基于双样本z检验的特征降维方法。基于经过特征降维处理的平衡故障特征样本集，建立了基于序列学习的行星齿轮箱太阳轮故障诊断模型。基于经过特征降维处理的不平衡小样本故障特征样本集，建立了行星齿轮箱太阳轮小样本不平衡故障的集成诊断模型。本文的研究内容如下:　　①提出了基于双样本z检验的特征降维方法。利用双样本z检验评估特征对于不同类别的区分能力，通过构建均值z值矩阵和最小z值矩阵去除几乎不具有区分能力的特征。针对其余的特征，构建特征区分度评价指标fea_eval对其进行排序，并通过特征选择目标函数fit筛选出具有较大区分度的最优特征子集。最后通过行星齿轮箱太阳轮运行过程中采集到的故障振动信号数据进行了实例分析，证明了该方法能够有效降低58.3％的故障特征维数。　　②提出了基于序列学习的行星齿轮箱太阳轮故障诊断模型。序列学习机制与双向长短期记忆网络相结合，在前后多个样本之间引入了时序上的相关关系，降低了其中单个特征样本陷入局部交织混叠的风险。改进粒子群优化算法将传统优化算法的连续数值寻优转化为了连续地址寻优，实现故障诊断模型的参数取值优化，实验结果证明该方法可以有效提高故障诊断准确度。　　③提出了行星齿轮箱太阳轮小样本不平衡故障的集成诊断模型。通过经验模态分解方法提取与原始振动信号具有较大相关性的补充故障信号，并进一步提取其具有较大区分度的7维时频特征，与原始振动信号的10维特征构成增强特征数据集。滑动窗口将不平衡的增强特征数据集自适应划分为一组规模不等的平衡特征数据集，并将其用于训练自定义投票权重的集成支持向量机模型。最后通过各不平衡测试数据集，证明了该模型应用于小样本不平衡故障诊断问题可以有效提高其诊断结果的准确度。　　总之，本文针对行星齿轮箱太阳轮的智能故障诊断问题，通过引入双样本z检验、序列学习机制、滑动窗口机制，并与信号处理技术、智能学习算法相结合，有效解决了其特征冗余问题、特征局部交织混叠导致故障诊断准确度较低的问题、以及小样本不平衡分布导致故障诊断效果欠佳的问题，进一步降低了特征维度和特征冗余度，并提高了故障诊断结果的准确度。

关键词： 齿轮箱   数字孪生   动力学仿真  

摘要： 齿轮箱广泛应用于旋转机械中,在调节输入、输出的转速和扭矩方面有着重要作用,齿轮箱能否正常的运转直接关系到机械设备的整体工作状态。齿轮箱的结构组成复杂,在工作过程中又具有大负载、高转速、连续工作和工作环境恶劣多变等特点,内部零部件发生故障的频率比较高,一旦齿轮箱发生故障会导致整个机械设备停止工作,对经济造成损失,同时也存在一定的安全隐患严重会导致人员伤亡。因此,及时、有效、准确的地进行齿轮箱振动信号特征提取并进行检测,判断齿轮箱的工作状态,及时更换有故障或潜在故障的零部件,能够从一定程度上减少故障带来的灾难与经济损失。故障诊断和趋势预测技术能够为设备维护和健康管理提供技术支撑,本文以实验室中的QPZZ-旋转机械故障模拟试验台为研究对象,结合数字孪生技术,提出了齿轮箱数字孪生体模型建立框架,建立并验证了齿轮箱孪生体模型的准确性。具体研究内容如下:(1)在数字孪生驱动的故障诊断框架基础上,以实验室的旋转机械故障诊断试验台为研究对象,提出了齿轮箱数字孪生体框架建立方法,基于此框架可建立齿轮箱孪生体模型,进而对其进行状态监测与故障预测,改善现有的故障诊断方法。(2)针对目前的数字孪生技术研究大多处于概念与理论研究,未进行实体设备的孪生体模型构建。本文以实验室中的QPZZ-旋转机械故障模拟试验台为研究对象,结合数字孪生技术,详细介绍了齿轮箱孪生体模型的构建过程,并对其正常与故障工况下进行了静力学分析。(3)结合数字孪生技术的信息处理特点,基于Solid Works与Adams软件对齿轮箱孪生体模型进行了简易的参数化仿真,并对其进行了运动学与动力学验证。(4)搭建了QPZZ-旋转机械故障模拟试验台,将正常与故障工况下,实验采集数据与孪生体模型仿真数据进行对比分析,验证了齿轮箱孪生体模型的准确性,可以高度还原设备真实运行状态。

关键词： 交错轴   变厚齿轮   几何参数设计   承载接触分析   连续展成加工  

摘要： 交错轴变厚齿轮传动具有体积小、结构紧凑、对安装误差不敏感、传动精度高、噪声小以及运动平稳等优势,在高速船舶及全驱动汽车等领域具有广阔应用前景。但齿面啮合性能同齿轮参数与安装误差间的关联规律复杂,传统设计方法无法有效解决齿面点接触与齿面间滑动速度大所导致的齿轮副磨损严重、承载能力低及服役寿命短等问题;同时,变厚齿轮也面临精密加工理论不成熟、修形变厚齿轮的精密加工方法缺失等问题,为保障齿面啮合性能带来巨大挑战。论文围绕上述技术难点,以实现具备高承载能力、大重合度及传动平稳等特征的高啮合性能交错轴变厚齿轮副设计及制造为目标,在几何参数设计、接触分析方法、连续展成加工方法等方面展开研究,提出接触角可控设计模型及承载接触数值分析方法,创新了交错轴变厚齿轮副参数优化方案;建立了连续展成加工通用计算模型与啮合分析模型,揭示了连续展成加工齿面成形规律。主要研究内容如下:(1)建立了交错轴变厚齿轮接触角可控设计模型。基于变厚齿轮产形原理,推导了变厚齿轮齿面几何参数计算公式,分析了与变厚齿轮啮合的齿条参数应满足的关系;通过引入公共齿条,建立了齿轮副空间位置模型及接触角计算公式,分析了接触角与接触区域关联规律;在交错轴变厚齿轮副几何参数设计模型基础上,通过引入接触角控制关系建立了接触角可控设计模型,并针对模型存在的缺陷,提出了改进方法,提升了设计模型的鲁棒性。所提设计方法为交错轴变厚齿轮副几何参数的连续优化提供了理论支撑。(2)研究了交错轴变厚齿轮副接触分析方法。建立了含齿根圆角的变厚齿轮数学模型及考虑齿条刀具修形的变厚齿轮数学模型;基于齿轮副空间位置关系,建立了啮合模型,提出了确定接触椭圆的数值方法。针对承载接触分析需求,提出了交错轴变厚齿轮副承载接触数值分析方法。采用有限元法及基于Boussinesq弹性半空间力位移关系实现了变厚齿轮齿面全局变形及局部变形的计算,建立了变厚齿轮柔性计算模型;考虑多齿接触情况,在变形协调条件的基础上建立了传动误差协调条件,采用影响系数法建立了承载接触分析求解模型。所提方法为交错轴变厚齿轮修形参数优化提供了支撑。(3)围绕交错轴变厚齿轮副设计中的几何参数设计及齿面修形参数设计两个阶段,分别研究了面向高啮合性能的交错轴变厚齿轮连续优化方法。在几何参数优化中,基于接触角可控设计模型,考虑安装误差及其变化特性,以在安装误差变化范围内的啮合性能整体表现为优化目标,建立了几何参数优化模型。在修形参数优化过程中,提出了面向变厚齿轮连续修形优化的齿面柔度确定策略,考虑齿面修形的影响,提出了多齿接触情况下齿面接触顺序确定方法、非接触齿面潜在啮合点及齿面分距计算方法;以修形参数为设计参数,以啮合性能为优化目标建立了优化模型。根据优化模型的离散、不可导特性,采用NSGA-Ⅱ算法对模型进行了求解。(4)研究了变厚齿轮连续展成加工方法。基于变厚齿轮产形原理及齿轮连续展成加工理论,提出了变厚齿轮连续展成加工的通用计算模型。针对软齿面变厚齿轮的径向剃齿加工,建立了径向剃齿刀设计模型及根切控制方程,提出了径向剃齿刀齿宽确定方法;基于单参数包络原理,建立了变厚齿轮径向剃齿刀加工仿真数学模型,分析了剃齿刀参数对根切及加工精度的影响规律。针对硬齿面变厚齿轮,研究了连续展成磨削工艺,首次建立了蜗杆砂轮-变厚齿轮啮合分析模型,解决了变厚齿轮磨削工艺参数设计问题,阐明了磨削接触迹在齿面的移动规律。基于双参数包络原理,建立了砂轮修整-齿轮磨削-精度评价的全流程仿真数学模型,分析了修整滚轮参数及蜗杆砂轮参数对磨削精度的影响规律。(5)开展了变厚齿轮加工验证。针对变厚齿轮径向剃齿加工,基于Vericut软件搭建了变厚齿轮径向剃齿仿真加工平台,以某一型修形变厚齿轮进行了仿真加工验证。针对变厚齿轮连续展成磨削,在SIEMENS 840Dsl数控系统下开发了变厚齿轮磨削模块,该模块包含了完善的HMI人机操作界面及NC控制程序;在此基础上,进行了变厚齿轮磨削加工实验。