盾构是广泛应用于隧道挖掘工程的大型高新技术装备,而刀盘驱动装置是其关键组成部分。由于国内对盾构的研究起步较晚,核心技术又被德、日、法等发达国家封锁,所以我们还没有掌握其关键技术,一些核心部件仍然依赖于进口。因此,深入研究花键保险轴和多齿轮并联传动系统的生产制造技术,不仅可以为盾构核心技术的进一步实验研究提供一定的理论基础;而且对振兴我国装备制造业和提升国内技术的独立研发能力起到了积极作用。本文以盾构刀盘驱动系统的花键保险轴和多齿轮并联驱动减速单元为研究对象,深入研究啮合过程中的应力变化规律,并提出详细的优化方案。本文根据设计要求完成了盾构渐开线花键保险轴联接和小齿轮与大齿轮减速单元的设计,根据常规理论方法按照国家标准分别对其进行了强度计算。利用三维造型软件Creo建立精准的三维模型,根据联接与传动关系装配花键副及齿轮对,并对盾构刀盘驱动齿轮的安装条件进行了检验。应用有限元软件ABAQUS对保险轴花键副和多齿轮并联驱动减速单元在传递扭矩时的应力分布状态进行分析,并与理论强度校核结果进行对比,分析其设计是否合理。根据仿真分析结果,对边缘效应引起的应力集中问题进行深入研究,并针对花键齿提出多种修形方案来降低或避免应力集中,最后用有限元法对其修形效果进行检验。选取刀盘驱动小齿轮和内齿圈在啮合周期内的几个特征位置,利用Hertz公式计算其最大接触应力,并用有限元法对其进行详细的仿真分析,观察其应力的变化规律,再与Hertz公式所计算出的结果对比。本文的研究结果表明,保险轴花键齿的齿面存在载荷分布不均的情况,在接触边缘处产生了明显的应力集中,其应力值远大于理论计算值,而提出的修形方案则明显改善了这种现象。同时也得出了驱动小齿轮在啮合过程中的特殊位置的应力变化规律,为我国盾构技术的进一步研究提供了理论基础。