重载铁路机车因牵引量大、运输效率高,在国内的资源配置、货物流通中发挥着重要作用,而齿轮传动系统是机车安全运行的关键,以往对齿轮接触的研究很少考虑温度的影响,本文以某型重载机车齿轮为研究对象,基于齿轮啮合基本原理、摩擦学、传热学、Hertz接触和有限元接触等理论,分析高速、重载工况下轮齿稳态热行为和齿轮动态接触、热-弹耦合接触应力并对齿轮齿廓进行热修形设计,论文主要的研究工作如下。(1)根据机车齿轮传动系统相关参数,利用Solid Works建立齿轮三维模型并标准化装配;通过软件的分割指令将齿轮模型简化为单齿模型和四齿装配模型,为后文的有限元仿真分析提供几何模型。(2)根据摩擦学、传热学基本理论,建立齿轮传动热量传递模型,确定齿轮稳态热分析的边界条件并计算齿面的对流换热系数;根据齿轮啮合知识计算轮齿的摩擦热流量,分析其沿啮合面的分布规律;运用ANSYS Workbench稳态热分析模块和静力学模块分析轮齿本体温度场及热变形,研究表明:电机在额定功率下主、从动轮最高本体温度为94.44℃和87.38℃,最大变形为34.5um和32.4um,研究不同润滑油温度的齿轮本体温度场分布;根据国家GB/Z 6413.2-2003标准计算齿轮胶合温度,额定工况下齿面胶合损坏风险低。(3)根据Saint-Venant原理对齿轮模型进行合理简化,运用ANSYS网格划分软件采用扫掠方法合理细化部分区域得到齿轮网格离散化模型;采用旋转铰对轮齿进行约束和加载,运用瞬态动力学模块进行动态接触分析,研究得到的应力值与赫兹理论计算值进行对比验证,表明有限元分析的可靠性;并将稳态热模块与瞬态动力学模块联合进行齿轮副单向热-弹耦合仿真,分析温度场对啮合过程中力学特征的影响,发现温度使齿轮在啮入、啮出时应力分别增加8.09%和4.86%,在节圆位置啮合处时应力减小21.80MPa。(4)提出完整的齿廓修形理论,根据渐开线曲线方程和坐标转换方程运用Solid Works软件建立以寺内喜男方程修形的齿轮参数化模型。利用有限元软件对修形齿轮进行数值仿真模拟,对比齿轮修形前和修形后的瞬态接触应力和变形,研究齿廓修形对齿轮载荷分布和单双齿交替啮合过程的接触应力的影响,发现修形后齿轮副在双齿啮入、双齿啮出位置接触应力分别降低了1.31%和13.45%,能有效降低齿轮单双齿交替啮合时的应力冲击。