面齿轮承载接触仿真分析获得的齿面接触应力及齿根弯曲应力、承载接触印痕、承载传动误差等承载接触特性,是面齿轮参数设计的基础,能够在一定程度上反映出实际应用中的面齿轮强度、动态品质等性能指标。现有文献中通过CAD与CAE软件相结合的方式构建面齿轮传动有限元网格模型,导致轮齿模型精度不高且建模效率低。鉴于此,提出一种面齿轮传动有限元网格模型的解析建模方法,并对比不同齿面特征的面齿轮承载接触特性,为面齿轮设计及工程应用提供理论参考。主要研究内容及成果如下:1.根据微分几何与面齿轮啮合原理推导插齿刀展成的面齿轮理论齿面的齿面方程,并在考虑边缘接触的情况下,通过齿面接触分析(TCA)探讨安装误差对理论齿面几何接触特性的影响规律;提出了一种面齿轮有限元模型装配转角的通用计算方法,以及一种基于编程软件输出面齿轮传动有限元网格模型及前处理设置的方法,并通过赫兹接触应力解析计算、轻载仿真等过程验证了该方法构建的理论齿面有限元装配模型的正确性。2.根据直刃刀具与面齿轮的相对位置与运动关系,建立了直刃刀具切削面齿轮的坐标系,推导面齿轮近似齿面的齿面方程;为综合刀具运动规律从而确定直刃刀具加工的面齿轮近似齿面,预设了三种接触路径,并在考虑边缘接触、安装误差情况下对近似齿面进行TCA分析;利用上述有限元建模方法构建近似齿面传动有限元网格模型;通过悬臂板法推导齿根弯曲应力的解析计算方法,结合齿根弯曲应力、过切量等条件,最终确定直刃刀具半径最小值为0.48 m。3.对比分析面齿轮理论齿面、近似齿面的几何接触特性。结果显示正值、负值安装误差使理论齿面与近似齿面的几何接触路径分别向外径、内径发生偏移,且理论齿面的几何接触路径对安装误差更敏感;安装误差使得理论齿面、近似齿面边缘接触位置的几何传动误差幅值急剧增大,且近似齿面的几何传动误差对安装误差更敏感;轴夹角安装误差对理论齿面、近似齿面的几何接触特性的影响最明显。4.在对准安装、含有安装误差的情况下,对比分析理论齿面、近似齿面的承载接触印痕、齿面接触应力、齿根弯曲应力、承载传动误差等承载接触特性。结果表明:对准安装情况下,近似齿面的接触强度有所降低;若按齿面对角线预设接触路径,可使近似齿面齿根弯曲强度高于理论齿面的弯曲强度。含有安装误差的情况下,安装误差对面齿轮近似齿面承载接触特性的影响高于理论齿面,并导致接触强度、弯曲强度降低,有加剧冲击与振动的趋势。