齿轮箱被广泛运用于各类机械产品中,由于其特殊的结构及功能,在机械系统中扮演着重要的角色。齿轮在运行过程中,磨损量不断累积,过大的磨损量会使得齿轮的正常啮合受到影响,还会加剧齿轮振动并引发其他故障。由于轴承的振动响应也会使齿轮不正常啮合,进而影响齿侧间隙及载荷,考虑多间隙的磨损故障齿轮的动态响应也显得尤为重要。本文以渐开线直齿轮箱为研究对象,开展以下研究:(1)基于Hertz接触理论与Archard磨损公式,在不考虑轴承振动及齿轮制造误差的情况下,对标准安装的直齿圆柱齿轮副进行磨损数值仿真。将单齿-双齿啮合时的载荷平均分配,在轮齿节点附近视为纯滚动,对数值仿真结果进行分析。基于Weber-Banaschek法计算单-双齿交替啮合的综合啮合刚度;考虑齿侧间隙、阻尼及时变刚度建立单自由度齿轮啮合的运动微分方程,求解得到轮齿间的动态啮合力,并进行齿面磨损数值仿真并与之前基于静态啮合力仿真进行比较分析。结果表明,基于静态啮合力得到的齿廓磨损量不能连续分布。基于动态啮合力的磨损时,节点附近磨损量几乎为零,齿根与齿顶附近磨损量较大,扭矩会使轮齿最大磨损量增大,侧隙对磨损量的影响不大。(2)推导轴承游隙导致的轮齿中心距的变化,进而推导出动态齿侧间隙的变化,用三角函数来模拟齿面磨损故障。考虑轮齿时变刚度、轴承游隙、阻尼、支撑系统弹性支撑和磨损等因素建立一对啮合齿轮副的扭转振动模型。根据齿面综合磨损量将磨损严重程度分为无磨损、轻微磨损和严重磨损,分别分析齿侧间隙、轴承游隙及齿面综合磨损量对齿轮系统稳态响应的影响。结果表明,轴承游隙对系统振动周期性影响很大,周期状态的位移响应比混沌状态的位移响应更大,出现了阶跃现象,低转速时,游隙对系统的位移响应较小。随着侧隙的增大,轮齿间的啮合冲击增大,振幅变大,出现了轻微的齿背冲击,啮合频率附近出现了连续性谱线,轴承频率两边出现了幅值调制产生的边频带。轮齿磨损使得传递误差变大,轴承振动频率两边的边频带消失,在啮合频及其高次谐波频附近出现了调制边频带。(3)用Pro/E软件建立齿轮不同磨损程度下的三维实体模型,应用有限元软件ANSYS Workbench对无磨损、轻微磨损、严重磨损三种状况下的齿轮进行固有特性分析。结果表明,磨损使得齿轮固有频率增大,对振型影响不大;在齿轮箱设计时各零部件应避开轮齿可能出现的频率带,以免发生共振。