随着汽车技术的不断提高,对变速器结构强度的要求越来越高,作为变速器关键部件的齿轮,工作环境恶劣,易损坏。齿轮的质量关系着变速器能否平稳高效运转。齿轮强度分析,是齿轮承载能力、振动、噪声、齿形优化等研究的基础。变速器齿轮常见损坏形式有接触疲劳引起的齿面点蚀和弯曲疲劳引起的轮齿折断。为判断是否发生损坏,需进行齿轮接触强度和弯曲强度分析。运用经典方法分析齿轮强度,需要计算的系数很多,计算过程繁琐。因此,有必要对其分析过程进行规范化总结归纳,并开发出带有专业特点的齿轮强度分析模块,使用户只需输入一些参数,按照一定的流程操作,即可完成齿轮强度分析。变速器齿轮接触和弯曲问题的有限元分析,是齿轮结构设计与优化的有效手段。建立有效的有限元分析模型,准确求解齿轮的应力与变形有重要意义。运用有限元法进行齿轮接触和弯曲问题仿真,在接触刚度、网格划分方法、网格疏密控制、载荷作用位置等方面还存在一些问题,有必要对其进行深入研究。目前,有限元软件中尚没有专门的齿轮应力建模与仿真模块,实现齿轮应力有限元分析模块的二次开发,可以提高工作效率,缩短设计周期。结合上述问题,本文进行了相关研究工作,主要研究内容为:(1)渐开线圆柱齿轮强度分析经典方法的规范化总结归纳了外啮合渐开线圆柱齿轮接触应力和齿根应力分析的经典方法。对齿轮的许用接触应力、许用齿根应力及其修正系数进行了细致的研究和分析,对各系数的计算过程进行了规范化总结,实现了齿轮强度分析的标准化。(2)渐开线圆柱齿轮应力分析有限元法的研究建立齿轮接触和弯曲有限元模型,需要综合考虑精度和效率两方面因素,才能找到合适的网格划分方法。针对面-面接触分析的关键问题,运用ANSYS内部语言APDL,基于3种网格划分方法,完成了斜齿轮接触应力有限元自动化建模与仿真,通过分析比较,找到了最优的网格划分方法。通过探讨齿廓曲面网格密度和模型刚度对仿真结果的影响,找到了合适的网格划分控制和接触刚度。运用APDL完成了斜齿轮弯曲应力有限元自动化建模与仿真,通过改变网格单元尺寸、局部线网格细化、局部面网格细化等,深入研究了模型网格密度对仿真结果的影响,找到了最佳的网格划分控制。分析比较了两种不同载荷作用位置对仿真结果的影响。(3)齿轮强度分析与齿轮应力有限元分析模块的开发根据齿轮强度分析和齿轮应力有限元建模与仿真流程,运用ANSYS二次开发工具APDL和UIDL语言相结合的方法,在ANSYS界面中完成了齿轮强度分析和齿轮应力有限元建模与仿真模块的开发。齿轮强度分析模块,只需输入需要的参数,即可完成包括载荷系数、接触应力、齿根应力、许用接触应力、许用齿根应力的分析。齿轮接触应力有限元分析模块,采用映射网格划分方法,接触刚度和网格密度均可调。齿轮弯曲应力有限元分析模块,采用自由网格划分方法,网格密度可调,且可以实现两种加载方法的建模与仿真。(4)某轻型货车变速器齿轮强度的分析与评价对某轻型货车变速器进行解析,获得了变速器齿轮的主要参数。应用开发的模块,完成了变速器各挡齿轮接触强度和弯曲强度分析;实现了各挡齿轮接触应力和弯曲应力的有限元建模与仿真,并将仿真结果与经典方法计算结果进行了比较、验证;针对齿轮强度的评价指标:安全系数和可靠度,分析评价了各挡齿轮接触强度和弯曲强度的优劣。