齿轮接触疲劳试验中若干关键技术的研究

论文摘要

齿轮接触疲劳试验主要研究齿轮疲劳点蚀,测试齿轮疲劳寿命和疲劳强度等。本文以实际工程项目为背景,研究了齿轮接触疲劳试验中的几个问题。齿轮试验台的加载控制精度决定了试验结果的准确性和可信度,本文对以液压加载器为执行元件的电液伺服加载控制系统作仿真分析;齿面点蚀面积率是判断试件是否点蚀失效的判据,本文研究了通过数字图像处理手段获得点蚀面积率等信息的方法;针对齿轮接触疲劳寿命数据的离散性大的特点,研究了试验数据的统计处理方法。本文的主要内容有:（1）分析了齿轮试验的重要性,介绍了运转式齿轮疲劳试验装置的种类,重点对不同种类的加载装置作分析和比较;综述齿面点蚀的观测手段和方法,比较了各种方法的优缺点;分析了试验数据统计处理的目的。（2）结合试验台的结构,分析了齿轮接触疲劳试验台的加载原理以及对加载的要求;对液压加载器建模,建立了整个液压加载控制系统的传递函数,然后对加载系统的静动态性能作仿真分析;根据分析结果加入PI校正环节,给出了系统对各种要求输入载荷的响应。（3）给出了点蚀图像获取、处理和分析的方法与步骤。确立了标定、预处理、图像阈值分割和特征提取的实现方法。其中,根据点蚀图像的特点提出了基于点蚀图像灰度期望值和方差的线性灰度变换法;针对不同的图像采用两种不同的阈值分割方法的策略;确定了点蚀图像分析的特征参数;研究了一种高效的区域标记合并算法;由图像的特点使用形态学开启与闭合的方法去除点噪声和小孔洞,用种子填充法消除大孔洞;并且开发了相应的应用软件。（4）分析了离散的齿轮疲劳试验数据的特征量,对常用的几种分布概型作研究,给出了相应的参数估计和拟合方法以及一定置信度下的可靠度和可靠寿命的估计方法,由多种分布拟合检验结果表明:对于齿轮接触疲劳寿命数据,三参数威布尔分布是最佳的分布拟合概型;比较了两种应力-寿命分布模型,表明Basquin公式是比较好的,据此拟合疲劳强度曲线（S-N曲线）,并开发了相应的数据处理软件。

论文目录

• 致射
• 摘要
• Abstract
• 1.绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 齿轮接触疲劳试验概述
• 1.2.1 齿轮疲劳试验台的加载技术
• 1.2.2 齿面点蚀的观测
• 1.2.3 疲劳试验数据的统计处理
• 1.3 齿轮接触疲劳试验的发展
• 1.4 论文研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 2.齿轮接触疲劳试验台加载系统的仿真研究
• 2.1 齿轮接触疲劳试验台加载控制
• 2.1.1 齿轮接触疲劳试验台的结构和加载原理
• 2.1.2 液压加载控制系统的要求
• 2.1.3 试验台加载控制系统的组成和原理
• 2.2 加载控制系统的数学模型
• 2.2.1 阀控液压加载器的数学模型
• 2.2.1.1 传递函数的推导
• 2.2.1.2 传递函数的简化
• 2.2.2 加载控制系统的传递函数
• 2.2.2.1 系统各环节的传递函数
• 2.2.2.2 系统的传递函数
• 2.2.2.3 传递函数参数的确定
• 2.3 加载控制系统特性的仿真分析和校正
• 2.3.1 系统的仿真分析
• 2.3.2 系统的校正
• 2.3.3 校正后系统性能分析
• 2.3.4 校正后的系统对输入的模拟
• 2.4 本章小结
• 3.齿轮接触疲劳试验中齿面点蚀的图像分析
• 3.1 齿轮接触疲劳试验的终止
• 3.1.1 齿轮接触疲劳试验的终止状态
• 3.1.2 齿面疲劳点蚀的观测
• 3.2 点蚀图像的获取
• 3.3 点蚀图像的预处理
• 3.3.1 彩色图像灰度化
• 3.3.2 灰度变换
• 3.3.2.1 线性灰度变换
• 3.3.2.2 非线性灰度变换
• 3.3.2.3 基于点蚀图像灰度期望和方差的分段线性变换
• 3.3.3 图像平滑
• 3.3.3.1 均值滤波
• 3.3.3.2 中值滤波
• 3.4 点蚀图像分割
• 3.4.1 阈值分割原理
• 3.4.2 阈值分割常用方法
• 3.4.3 灰度-平均灰度法
• 3.5 点蚀图像的特征提取
• 3.5.1 特征参数
• 3.5.2 特征提取
• 3.5.2.1 连通区域标记
• 3.5.2.2 去噪与孔洞填充
• 3.5.2.3 图像检测单位标定
• 3.6 实例分析
• 3.7 本章小结
• 4.齿轮接触疲劳试验数据统计分析
• 4.1 齿轮疲劳寿命数据的特征量
• 4.1.1 疲劳寿命数据的统计特征量
• 4.1.2 齿轮的可靠性指标
• 4.2 疲劳寿命分布概型
• 4.2.1 正态和对数正态分布
• 4.2.2 威布尔分布
• 4.3 疲劳寿命分布函数参数估计与检验
• 4.3.1 可靠度估计量确定方法
• 4.3.2 正态分布母体参数的估计
• 4.3.3 威布尔分布母体参数的估计
• 4.3.4 给定置信限下的可靠寿命和可靠度估计
• 4.3.4.1 正态分布可靠寿命和可靠度的置信限
• 4.3.4.2 威布尔分布可靠寿命和可靠度的置信限
• 4.3.5 分布概型的检验方法
• 4.3.6 寿命分布函数参数估计与检验算例
• 4.4 齿轮疲劳强度曲线的拟合-S-N曲线
• 4.4.1 S-N曲线
• 4.4.2 S-N曲线拟合算例
• 4.5 本章小结
• 5.总结与展望
• 5.1 研究工作总结
• 5.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 附录