【摘 要】
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齿轮传动装置在装备制造业中扮演中重要角色。齿轮齿面磨损是工程实际中常遇到的问题,齿面磨损直接影响齿轮传动系统的传动效率、传动的平稳性与可靠性。同时,齿轮齿面磨损机理较为复杂,受多源非线性、强耦合因素影响,导致难以基于单一磨损机理准确预测齿面磨损行为。鉴于此问题,本文以人字齿轮为研究对象,开展以下研究:（1）根据不可逆过程热力学原理,对摩擦副磨损退化过程中的不可逆熵产生现象进行阐述,对摩擦副材料磨损
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“高性能齿轮动态服役性能及基础试验”（项目批准号:2018YFB2001300）； 国家自然科学基金项目“人字行星齿轮传动瞬态接触特性与抗胶合承载研究”（项目批准号:51975078）；
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齿轮传动装置在装备制造业中扮演中重要角色。齿轮齿面磨损是工程实际中常遇到的问题,齿面磨损直接影响齿轮传动系统的传动效率、传动的平稳性与可靠性。同时,齿轮齿面磨损机理较为复杂,受多源非线性、强耦合因素影响,导致难以基于单一磨损机理准确预测齿面磨损行为。鉴于此问题,本文以人字齿轮为研究对象,开展以下研究:（1）根据不可逆过程热力学原理,对摩擦副磨损退化过程中的不可逆熵产生现象进行阐述,对摩擦副材料磨损与不可逆熵之间的关系进行了简单推导,并结合退化熵产生定理建立磨损模型。（2）根据人字齿轮啮合几何关系,推导了人字齿轮接触线长计算方法,并基于接触线长度百分比计算齿面载荷。将人字齿轮啮合平面离散化处理,基于人字齿轮等效接触模型与Hertz接触理论、单点观测法和接触面闪温计算方法,分别计算各离散点的接触压力、相对滑动距离和接触温度。分析对中误差对人字齿轮左右侧轮齿载荷分配的影响,推导了啮合点处磨损量与对中误差的关系。考虑对中误差对人字齿轮磨损进程的影响,建立基于不可逆过程热力学的人字齿轮磨损模型。（3）以45钢为磨损材料进行销盘摩擦磨损试验,基于销盘表面接触温度计算方法与实测摩擦系数,计算试验过程中的接触温度。结合多组重复试验结果,得到材料的磨损退化系数,并将热力学磨损模型计算结果与Archard磨损模型计算结果及试验结果进行对比,验证了热力学磨损模型的正确性。分别进行不同载荷顺序与不同转速顺序下的磨损试验,将试验结果与Archard磨损模型和热力学磨损模型计算结果进行对比。结果表明热力学磨损模型比Archard磨损模型在变载荷和变转速条件下的预测结果更接近于实际。（4）基于本文所提人字齿轮磨损模型对含对中误差的人字齿轮进行磨损计算,通过与Archard磨损模型计算结果对比,验证了本文模型的有效性。通过改变齿面与工作参数,分析了表面粗糙度、转速与扭矩对人字齿轮齿面磨损分布的影响,并进一步分析了人字齿轮磨损进程中齿面接触压力与磨损速率的演化规律。计算结果表明,提前接触侧的接触压力、接触温度、相对滑动距离与磨损量均大于滞后接触侧;齿面磨损量一定程度上能抵消对中误差的影响,在人字齿轮磨损进程中,两侧齿轮啮入点附近的磨损率与接触压力趋于相同。
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