现代齿轮箱正朝着高承载能力、低运转噪声、紧凑型设计的方向发展。为了满足这些需求,人们对齿轮质量的要求也越来越高,其中,对齿轮降噪性能的要求尤为严格。齿轮的噪声行为主要受到其宏观与微观几何结构的影响,宏观几何结构就是轮齿的形状,微观几何结构就是轮齿的表面形貌,包括表面粗糙度、波度、纹理等不规则的微观几何形状。而齿轮的精加工方法则决定了它最终的宏观与微观几何精度,因此也将直接影响到齿轮的噪声行为。目前,蜗杆砂轮磨削因其较高的加工效率和加工质量,在中小模数齿轮的批量生产中已大幅取代成形磨削等齿轮精加工方法,成为应用最为广泛的硬齿面齿轮精加工方法。蜗杆砂轮磨削加工后的齿轮可达到很高的宏观几何精度,但其表面微观质量却不甚理想,特别是蜗杆砂轮磨齿工艺容易在齿轮齿向产生规则的平行纹理,而这正是增大齿轮噪声的原因之一。为此,本文进行了蜗杆砂轮磨齿过程中齿面规则纹理产生机理研究,提出了能加工出不规则齿面纹理的变蜗杆砂轮冲程速度的加工方法,并通过实验验证了该方法的有效性。论文研究的主要内容如下:(1)基于展成原理研究了蜗杆砂轮磨齿加工原理及运动过程,建立了蜗杆砂轮磨齿的数学模型;根据建立的数学模型和共轭齿廓理论,分析了磨削过程中砂轮与齿轮的接触特性,使齿面磨削作用区域可视化;根据蜗杆砂轮磨齿加工原理及磨粒切削原理,分析了砂轮与齿轮的磨削特性,阐述了磨削痕印的形成过程,研究了平面磨削的几何运动模型,并将相关结论应用于蜗杆砂轮磨削,得到了影响磨削痕印形态特征的因素;根据蜗杆砂轮与齿轮的接触特性及磨削特性,分析出齿面纹理的形成机理。(2)研究了齿轮噪声的主要激励,结合齿面微观结构与噪声激励关系的实验结论,分析出齿面规则纹理影响齿轮噪声的机制;宏观上通过求解蜗杆砂轮与齿轮的啮合方程,在Matlab中完成砂轮相对齿面的磨削路径(接触迹)仿真,微观上通过建立瞬时接触点的切削速度模型,模拟了砂轮磨粒在齿面上的切削路径,从这两方面找到了产生齿面规则纹理的影响因素;通过对影响因素的讨论提出了能加工出不规则齿面纹理的变蜗杆砂轮冲程速度的加工方法;将珩齿加工的齿面性能改善机理与蜗杆砂轮磨齿的实际工艺相结合,确定了最终的变速加工方案。(3)基于YW7232数控蜗杆砂轮磨齿机的运动原理和磨齿工艺流程分析,提出了实现变蜗杆砂轮冲程速度加工的两种方法;基于西门子840D数控系统的HMI Advanced开发环境,将变速加工功能集成到现有的磨齿机操作界面当中;进行了齿轮的变速加工与常规加工,并基于三维显微系统分析了两种加工方法对应的齿面纹理,结果表明变速加工能有效产生不规则的齿面纹理。(4)设计了变速加工与常规加工配对齿轮的噪声振动对比实验;分别测量了它们在不同转速下的噪声和振动(作为参考);通过对比分析噪声和振动频谱,得出变速加工配对齿轮比常规加工配对齿轮的噪声声压级总值平均降低约3d B,啮合频率上变速加工配对齿轮的振动加速度明显小于常规加工配对齿轮,验证了变速加工方法所得的不规则齿面纹理对减小齿轮噪声与振动的有效性。该课题来源于国家科技支撑计划“精密机械传动设计制造关键技术及其在齿轮机床的应用(SQ2014GX03D00214)”,旨在通过齿轮表面纹理的改善,实现高精密齿轮的改性。