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高速齿轮传动系统被广泛应用在航空、航天、航海、电力、运输和化工等领域,由于齿轮副间相对滑动速度高,齿轮啮合时齿面摩擦将产生大量的热量,使得啮合齿面产生瞬时接触高温,从而影响齿轮系统的润滑性能和胶合承载能力;同时轮齿受热产生热变形,将对传动系统动态性能产生影响。因此有必要开展高速齿轮传动热弹耦合分析及动态性能优化研究,以提高其承载能力和可靠性。本文针对高速锥-圆柱齿轮传动装置,开展齿轮传动系统温度场计算、热弹耦合分析、非线性振动特性仿真及动态性能优化研究。论文的主要研究工作如下:(1)利用ANSYS/FLUENT软件建立传动系统润滑状态流场仿真模型,基于计算流体动力学理论进行喷油润滑状态下气液两相流场仿真,计算了齿轮副对流换热系数;利用赫兹接触理论和有限元接触分析方法,计算了齿面摩擦热流量;而后进行了齿轮副稳态和瞬态温度场仿真,结合ISO/TR 13989-2:2000标准校核了齿轮的胶合承载能力。(2)利用ANSYS/LS-DYNA软件,对齿轮系统进行动态接触分析,得到了齿轮副的动态啮合力和动态传递误差;综合考虑齿轮副热变形和接触受载变形,对齿轮系统进行热弹耦合分析,计算了各齿轮副的时变啮合刚度,分析了不同载荷和不同供油温度对齿轮副啮合刚度的影响规律。(3)建立了高速锥-圆柱齿轮传动系统弯-扭-轴耦合非线性动力学集中参数模型,对方程进行了无量纲化处理,采用4-5阶变步长Runge-Kutta法求解无量纲化后的动力学方程组,得到了无量纲频率、间隙、载荷和温度等因素对系统响应的影响规律。(4)采用谐波平衡法求解高速锥-圆柱齿轮传动系统振动微分方程,得出传动系统振动响应的解析表达式;以各齿轮副基本参数为设计变量,建立了以传动系统振动加速度均方根值和总质量最小为目标的混合离散优化模型,基于分枝定界算法对传动系统进行了动态性能优化。