随着社会的发展与科技水平的提升,现代工业领域逐渐实现了机械化作业,各种机械设备在实际工业工程中起到了十分重要的作用。齿轮箱是各机械设备传动系统的重要组成部分,其可靠性关乎于整个机械设备的运行状态,为了满足工业生产需求,齿轮箱不得不进入复杂、恶劣的环境中工作,齿轮箱中的齿轮在长时间超负荷的状态下工作极易磨损失效。面临如风电机组、重型机械等大型设备的齿轮箱故障时,不仅要考虑整体设备的可靠性、安全性问题,还需要了解实际工况情况等因素,在解决问题时耗费大量的人力物力。为此,本文以相似性分析为基础提出了一种针对大型设备齿轮箱的相似模型理论,利用该理论设计相似模型试验,并通过铁谱分析、电镜分析等技术从各个方面对齿轮的磨损状态进行了研究。本文阐述了相似理论的基本原理,在结构力学与相似理论的基础上,推导出模型与原型各参数的相似准则,计算相似比,并通过有限元软件进行仿真分析,验证了基于相似性建立的相似模型在动力学与结构力学上具有可行性。根据相似参数设计齿轮磨损实验,实验开始前对实验齿轮进行Hypermesh与ANSYS联合仿真,观察轮齿不同位置的应力分布情况,根据分析结果对实验过程中齿轮的受力与磨损做出判断。齿轮磨损实验共计170小时,实验过程中进行不停机连续取样,对所取的油样进行处理与分析,利用颗粒计数器统计不同时段、不同状态下油液中磨粒的尺寸与个数,得到齿轮磨损过程中油液磨粒浓度随时间变化的曲线;利用单联分析式铁谱仪、扫描电子显微镜等仪器设备对不同时段的谱片及失效后齿轮的轮齿切片进行观察分析,通过识别磨粒种类及轮齿切片表面形貌的磨损类型,判断不同运行时间下齿轮的健康状况与磨损状态。结果表明:齿根部位产生应力集中,轮齿从齿根处折断;齿轮磨损过程中,磨合期与剧烈磨损期产生的磨粒较多,粒度超过50μm的大磨粒将会加剧磨损;剧烈磨损期主要以疲劳磨损与严重滑动磨损为主,并且轴承等零件也会产生剧烈磨损;根据磨粒与齿面的信息能够对齿轮磨损状态进行判断与分析。本文基于相似性分析进行了齿轮磨损的相似模型试验,将相似理论与齿轮磨损实验相结合,将风电齿轮箱等大型设备相似到小型齿轮磨损试验台上,模拟实际工况,分析研究齿轮在实际工程中的磨损状态,节约了资源与研究成本,丰富了大型机械结构基于相似理论的研究方法,为之后大型设备齿轮磨损状态的研究提供了新的思路,具有重要的理论意义与参考价值。