齿面摩擦对齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度均有重要影响,齿面摩擦系数则是齿轮摩擦学设计的重要内容。摩擦系数与载荷、润滑、转速、齿面粗糙度等多种因素有关,计算困难且很难直接测量。本文以直齿圆柱齿轮为研究对象,基于多项式代理模型,通过多岛遗传优化算法反求齿面摩擦系数。为验证该计算方法的合理性,将反求结果与其他研究者的计算结果进行对比。主要研究内容包括:(1)齿轮几何模型与有限元模型。基于齿轮啮合原理与展成加工方法编程计算齿廓曲线,提取齿廓曲线关键点坐标,利用MATLAB与ANSYS/APDL联合仿真实现齿轮的参数化建模。选择合适的单元类型,设置实常数和材料参数,进行网格划分。根据实际工况施加边界约束及载荷,建立齿轮有限元模型。(2)齿根弯曲应力的有限元计算与动态测试。对有限元模型施加线均布载荷,得到不同加载点沿齿宽方向齿根危险截面处的应力分布。通过电封闭齿轮试验台,分别测量从动齿轮的齿根弯曲应力及转速转矩,并将齿根弯曲应力的仿真结果与试验结果对比。比较表明,上双啮区和下双啮区中,齿根应力测试结果比有限元计算结果略大,均值偏差在10%以内;同时,试验测出的单啮区宽度比仿真计算结果略大。(3)基于多项式代理模型的齿面摩擦系数反求。利用Isight优化包以有限元法计算得到的齿根弯曲应力为参考数据,求出齿面摩擦系数代理模型。选用三次多项式代理模型并对其进行评估,初步验证代理模型的可行性。根据多项式代理模型和试验测得的应力值建立目标函数,基于多岛遗传优化算法反求单啮上界点的摩擦系数;同理得到整个啮合面上的摩擦系数值。将计算结果与其他学着的研究成功比较,二者的变化趋势具有较好的一致性。(4)不同工况下齿面摩擦系数的计算。比较同转矩不同转速和同转速不同转矩条件下的齿面摩擦系数的变化规律。不计温度和传动误差的影响,得到单啮上界点的摩擦系数;摩擦系数随着转速和转矩的增加均有不同程度的增大。