面对工业现代化的快速发展进程,齿轮系统被广泛运用于各个机械传动领域,高速、重载成为齿轮系统发展的必然趋势。在齿轮系统的设计中,胶合强度计算与温升控制对于高速、重载工况下运转的齿轮传动系统来说是必不可少的。由于在高速、重载下,齿轮系统工作温度极高,非常容易产生点蚀、剥落和胶合等故障,所以对于齿轮系统的胶合强度计算与温升控制成为目前齿轮系统设计中的主要研究方向之一。对于齿轮系统的胶合强度计算与温升控制来说,目前存在的难点之一便是齿面瞬态温度场的研究,如何精确计算齿轮系统齿面瞬态温度场已经成为专家学者们关注的热点问题。本文从传热学以及赫兹接触理论入手,计算了结构-热耦合下齿轮系统在不同齿形参数和不同工况参数下的齿面瞬态温度场,同时研究了含故障的齿轮系统瞬态温度场变化规律。利用瞬态温度场数据,分析了齿轮系统在考虑温度条件下的系统动态特性。本文的研究结果不仅为采用温度进行故障诊断的方法提供了新的研究思路,也为齿轮系统的热特性研究与温控设计奠定了坚实的理论基础与可靠的数据支持。(1)以齿轮系统的接触分析为切入点,研究了齿面间摩擦热流量及相关的计算方法。分析了不同载荷、不同转速、不同齿间摩擦系数及不同齿形参数下的直/斜齿轮系统瞬态温度场变化规律。(2)研究了结构-热耦合下的齿轮系统动态特性。通过计算齿轮系统瞬态温度场,将瞬态温度场参数代入齿轮系统动力学仿真分析中,从而改变齿轮系统在运转过程中材料的物理性能和力学性能,以达到对齿轮系统进行结构-热耦合动力学分析的目的。分析了齿轮系统考虑温度条件下的啮合刚度,建立了齿轮系统结构-热耦合动力学模型,研究了齿轮系统在结构-热耦合条件下的系统振动加速度STFT谱(短时傅里叶变换)以及系统的动载荷。计算了齿轮系统结构-热耦合动态接触应力,对比分析了考虑温度和未考虑温度的齿轮系统动态接触应力,揭示了不同工况参数下齿轮系统结构-热耦合动态接触应力的变化规律。(3)提出齿轮系统裂纹齿及周围齿域瞬态温度场计算方法,推导了齿轮系统双齿啮合时的刚度载荷比矩阵,研究了含有不同裂纹深度的齿轮系统动态接触应力,探讨了裂纹故障和裂纹深度对于裂纹齿及周围齿域动态接触应力的影响规律。以动态接触应力为基础,分析了裂纹齿及周围齿域的瞬态温度场变化情况,揭示了不同裂纹深度、载荷以及摩擦系数对裂纹齿及周围齿域齿面瞬态接触温度的影响规律。(4)创建了存在轴不对中和轴距过大两种机械误差的齿轮系统三维模型,分析了两种机械误差对于齿轮系统接触过程的影响。分别计算了直齿轮和斜齿轮存在两种机械误差下的齿面瞬态温度场,通过对比无无误差和存在机械误差故障的瞬态温度场,揭示了轴不对中和轴距过大两种机械误对直齿轮和斜齿轮系统瞬态温度场的影响规律。同时还研究了不同误差量下,直齿轮与斜齿轮系统瞬态温度场的变化情况。(5)建立了含齿根裂纹和轴裂纹的多自由度齿轮转子系统动力学模型,通过计算存在不同裂纹位置的齿轮转子系统瞬态温度场,得到了考虑温度条件下的齿轮转子系统振动加速度STFT谱。分析了主动轮和从动轮齿根同时裂纹情况下齿轮转子系统的振动加速度STFT谱。利用系统的振动加速度FFT谱(快速傅里叶变换),研究了主动轴裂纹和主动轴/主动轮齿根同时裂纹的齿轮转子系统动态特性。通过启动实验,揭示了主动轴裂纹和主动轴/主动轮齿根同时裂纹情况下系统振动加速度STFT谱的变化规律。最后对系统进行了模态分析,分析了不同裂纹位置对齿轮转子系统固有频率的影响规律。(6)搭建并改进了 FZG(封闭功率流)齿轮实验台,在不同工况参数下对试验齿轮进行实验,采用三种不同的测量手段对实验齿轮的温度进行监测,采集了不同工况参数下实验齿轮的温度场数据。利用本文所使用的计算方法对试验齿轮的温度场进行有限元计算,通过对比实验结果和有限元结果来验证本文所用研究方法的正确性以及所得数据的准确性。