随着工业技术的不断进步,高速重载传动设备在各个领域内得到了广泛应用,齿轮系统热行为已成为制约其发展的主要因素。本文以高速重载齿轮系统为研究主体,基于传热学理论和赫兹接触理论,通过数值仿真方法、热弹流方法研究了整个齿轮系统的热行为,包括本体温度场分布、接触区闪温分布、热变形、热弹耦合、热胶合承载能力及动态热特性等,为高速重载齿轮系统的热设计和热校核提供了依据。其主要研究内容如下：(1)基于赫兹接触和传热学理论,通过数值仿真及热弹流方法提出了精确的齿轮系统温度场的预测方法。基于有限元方法,在对流换热系数计算中考虑粘压温和密压温效应,得到更为精确的本体温度分布；以本体温度作为热弹流界面初始温度,通过求解热弹流润滑方程组,得到沿啮合线的闪温和接触温度分布,最后在封闭功率流齿轮试验台上验证和优化了本体温度的计算方法；并研究了压力角、变位系数和齿廓修形等参数对本体温度和闪温的影响。(2)基于齿轮啮合原理和啮合面法,揭示斜齿轮副接触线总长分布规律,得到接触线总长随轴向重合度的变化规律,提出斜齿轮减振和降噪的设计方法。根据刚度分布和载荷平衡方程,得到斜齿轮副三维单位线载荷分布,为斜齿轮温度场分析和热弹耦合分析奠定了良好基础,建立斜齿轮特征坐标系以简化斜齿轮设计和校核过程。(3)在本体温度场基础上,通过有限元方法和数值解法研究齿轮系统的热变形,并研究了热变形对载荷分布和传动误差的影响。通过数值计算方法研究了静态和动态情况下接触区内部应力分布。通过有限元方法对直齿轮和斜齿轮系统进行热弹耦合分析,得到啮合过程中的应力、热弹变形和传动误差分布,研究了温度场对齿轮系统接触行为的影响,为齿廓修形提供了参考。(4)通过热弹流理论系统研究齿轮系统胶合承载能力。综合分析胶合承载能力的评判标准和设计方法。通过数值仿真研究接触点温度随时间变化规律。基于热弹流方法研究接触区润滑特性和热效应,得到齿轮系统闪温和油膜厚度分布,研究不同工况参数和润滑油参数对热弹流润滑特性的影响,评估了不同齿轮副的胶合承载能力：综合分析Blok理论和热弹流理论在胶合承载能力上的应用；在动载荷基础上,研究直齿轮系统瞬态热弹流分析,得到了动态下的胶合承载结果。(5)基于啮合刚度分布和载荷平衡方程,研究直齿轮系统的齿廓修形机理,得到不同修形参数下的载荷分布和传动误差分布。根据热变形和热弹耦合分析结果确定最佳齿廓修形曲线。在静态分析和动态分析的基础上，提出齿廓修形参数的选择原则和方法。(6)基于时变刚度和系统动力学模型,得到齿轮系统动载荷分布和动态特必,分析了动载系数随转速和阻尼变化规律,研究了齿轮系统幅频特性和共振问题,并通过封闭功率流齿轮试验台研究不同润滑情况、不同工况参数下的振动特性。本课题山国家自然科学基金(No.51275035)资助。