风力发电是一种不产生温室气体和废弃物的可再生能源生产技术,是对风力资源的最有效利用,属于全球可再生能源的重要组成部分。目前应用最广泛的风力发电机都是单风轮结构,双风轮风力发电机是一种新型结构,它具有更高的风能捕获率,对风力资源的利用率更高。双风轮风力发电机增速齿轮箱第三级增速机构采用两对螺旋锥齿轮,螺旋锥齿轮因其重叠系数大、承载能力强、传动比高和结构紧凑等优点满足了风力机增速齿轮箱的设计需求。最近几十年,我国关于螺旋锥齿轮的研究已取得丰硕成果,螺旋锥齿轮的精密加工一般采用“铣齿—热处理—磨齿”的工艺,磨齿作为最后一道工序,对工件表面质量的影响至关重要。本文的主要研究内容包括:(1)考虑到螺旋锥齿轮空间螺旋齿面的复杂性,本文先是对七轴五联动螺旋锥齿轮专用数控磨削加工机床的结构和磨削加工原理进行了探究,然后分析螺旋锥齿轮磨削表面性能的影响因素,建立磨削力与磨削热的数学模型。针对螺旋锥齿轮复杂磨削加工过程,比较移动热源加载仿真与单颗磨粒磨削加工仿真的优劣,考虑磨削用量对磨削加工的影响,采取单颗磨粒平面磨削进行仿真分析。(2)利用ABAQUS有限元软件建立单颗磨粒磨削模型,模拟单颗磨粒塑性磨削加工,得到磨削加工过程的应力应变场与温度场,分析磨屑的形成过程。(3)采用单一变量法,通过改变磨削速度与磨削深度参量进行有限元仿真分析,探究二者对磨削等效应力、磨削温度的影响规律。理论定性分析砂轮速度、工件速度、磨削深度和光磨次数对磨削加工的影响,并通过实验定量分析磨削用量对磨削加工的影响,实验与理论共同验证了仿真结果的可靠性。(4)考虑砂轮磨削时磨粒之间的干涉作用,创建了双磨粒磨削仿真三维模型,对双磨粒磨削过程进行了仿真分析,对比双磨粒与单磨粒磨削后工件表面应力、应变与温度的不同,分析产生差别的原因,并对磨粒之间材料上产生的温度场干涉现象进行了探究。(5)研究磨削残余应力的产生原因、影响因素,理论分析磨削后工件表层残余应力的分布情况。介绍单磨粒平面磨削残余应力的测量方法及原理,参考X射线衍射法测量残余应力的实验数据,验证理论分析及有限元模拟结果的正确性。考虑冷却条件对磨削后残余应力的影响,实验结果表明:干磨磨削后工件表层残余应力为拉应力,次表层残余应力为压应力;油基磨削液可以缓解磨削后工件表层产生的残余拉应力。以上分析验证了单磨粒磨削仿真具备一定的可靠性。