螺旋锥齿轮具有强大的承载能力、传动稳定、噪声小、减速比大且对安装误差敏感性小等优点,广泛应用于航空航天、汽车及精密机床等领域。精确计算螺旋锥齿轮的重合度、传动误差、轮齿强度等对预测齿轮传动性能及其可靠性具有重要意义。螺旋锥齿轮齿形与承载复杂,通常需要进行齿廓修形和齿面优化来改善齿面接触特性,实现延长齿轮寿命,降低传动误差和传动噪声、消除干涉和集中应力等目的。本文重点研究螺旋锥齿轮的几何建模及弯曲与接触强度的计算方法,并对计算结果进行试验验证。主要研究内容如下:(1)基于微分几何与展成加工原理建立螺旋锥齿轮几何模型。基于微分几何与展成加工原理推导螺旋锥齿轮的齿面方程和齿根过渡曲面方程;通过MATLAB编程获取齿面数据点的坐标值,利用CATIA对离散点进行曲线曲面拟合,最终得到螺旋锥齿轮的几何模型。(2)螺旋锥齿轮有限元静态和动态接触分析。分别建立齿廓修形和未修形的螺旋锥齿轮有限元静/动态接触分析模型,采用ABAQUS有限元软件分析其重合度、传动误差、接触强度、弯曲强度等啮合特性与力学性能参数,分析齿廓修形对轮齿强度的影响,探讨阻尼对动态分析结果的影响。(3)螺旋锥齿轮弯曲与接触强度有限元计算及强度标准验证。基于有限元动态接触分析仿真试验工况,计算齿根弯曲强度与齿面接触强度,并用ISO标准与AGMA标准验证有限元计算结果,分析载荷、转速、摩擦力对轮齿强度的影响。(4)齿根弯曲应力测试与齿面接触印痕测量。在螺旋锥齿轮大轮大端凸面过渡曲面处粘贴电阻应变片,对齿轮副施加不同的工况,采用NI测试系统和Labview软件对螺旋锥齿轮的齿根弯曲应力进行测试结果的采集和处理,并将测试结果与有限元接触分析结果及基于齿轮强度标准的计算值进行对比。开展着色试验,测量齿面接触印痕,并与有限元接触分析得到的接触区域进行对比分析。