为了解决直齿锥齿轮时变啮合刚度计算效率和准确性问题,提出了一种考虑齿对耦合效应的直齿锥齿轮啮合刚度切片计算方法。基于切片离散方法,将锥齿轮轮齿和轮体分别沿齿宽方向和轴线方向离散为若干宽度相等的薄片,并基于背锥等效原理将薄片展开,当薄片宽度足够小时,锥齿轮可近似为一系列直齿圆柱齿轮,可通过能量法计算各薄片啮合刚度;为考虑多齿啮合时齿对间耦合效应,在双齿啮合刚度计算中引入轮体刚度修正系数,减少了双齿啮合刚度计算误差;建立误差状态下锥齿轮啮合刚度模型,计算了理想和装配误差条件下直齿锥齿轮啮合刚度、各薄片中心点角位移与齿面载荷分布;最后,通过与有限元计算结果对比,验证了本文方法的准确性和高效性。

针对直齿锥齿轮的齿根大多采用0.3倍模数的定半径圆角过渡,容易造成齿根弯曲应力偏大、锥齿轮使用寿命降低等问题,提出了一种变半径齿根圆角锥齿轮的设计方法。建立了标准齿根圆锥下的变半径齿根圆角一般方程;基于某电动汽车差速器定半径非标行星齿轮,推导出不同齿根圆锥下的齿根变半径圆角的一般方程,对非标行星齿轮进行了优化设计。通过有限元动力学和疲劳寿命仿真分析得知,变半径齿根圆角相较于半径最大的定半径圆角,锥齿轮平均齿根弯曲应力减小了10.8%、疲劳损伤降低了6.6%。所提出的设计方法提升了锥齿轮力学性能和疲劳寿命。

针对直齿锥齿轮啮合刚度的计算问题,将其齿形转换成齿宽中点处的当量直齿圆柱齿形,再把当量齿轮的轮齿简化为齿根圆上的悬臂梁,通过能量法计算分析了单齿啮合刚度;基于位移容差的原理,进一步提出了齿轮时变啮合刚度计算模型;将其与有限元计算结果对比,并分析误差来源,完成了计算方法的验证。文中提出的计算方法不仅进一步丰富和发展了齿轮刚度的计算理论,对齿轮动力学的研究也具有重要意义。

为了改善直齿锥齿轮分支传动系统性能,提出基于啮合特性的静态均载分析方法。通过建立考虑中心轮安装误差的单级分支系统多体齿轮齿面接触分析(MTCA)方法,获得各齿轮副初始接触间隙;计及该间隙引起的啮合偏差,采用集中参数法主要考虑中心轮的浮动特性,建立考虑其支撑变形、各齿轮扭转变形相互耦合的静力学平衡方程,获得各分支均载系数,分析了载荷、安装误差、支撑刚度等对系统均载系数的影响。结果表明,随支撑刚度、安装误差的增大,均载系数逐渐增大,轴向对正误差和偏置对正误差对均载系数的影响是等效的;随转矩的增加,均载系数逐渐减小;各分支齿轮副的几何传动误差大小反映了均载系数变化规律,即齿面初始间隙越大,承担的载荷越小。研究结果为高精度直齿锥齿轮分支系统的均载分析提供了理论参考。

介绍采用VB对SolidWorks进行二次开发的方法来实现直齿锥齿轮参数化设计的基本思想和实现流程；利用COS—MOS软件，对直齿锥齿轮在一定载荷作用下的应力状态进行有限元分析。研究结果对齿轮模型库的开发和优化齿轮设计参数等有一定的参考价值。

以直齿锥齿轮为研究对象,结合直齿锥齿轮修形理论,在集成开发环境Visual Studio 2008中,基于三维机械CAD软件SolidWorks 2010平台,运用C#语言和SolidWorks中的API程序接口,开发修形直齿锥齿轮CAD设计系统。该设计系统可完成锥齿轮的参数化建模、齿轮对的自动装配以及锥齿轮的快速修形,大大提高了直齿锥齿轮的建模效率和齿轮修形效率,还可为CAM、CAE以及运动仿真分析提供精确的齿轮及齿轮对模型。

为提高锥齿轮加工精度，提出数字化滚检新方法。首先对三次NURBS曲线进行研究，推导出解NURBS曲线控制顶点的线性方程组。由曲线过渡到曲面，给出一对直齿锥齿轮参数，利用双三次NURBS曲面拟合齿面，并分析重构齿面过程中型值点、节点矢量、边界条件对拟合精度的影响，最后计算出拟合误差，分析可知误差较小，可以用拟合齿面代替真实齿面。该方法为数字化齿轮设计与制造提供便利。

针对大模数直齿锥齿轮加工困难，专业设备缺乏的现状，提出在立式铣床上采用指状铣刀加工的方法。基于锥齿成形加工的原理，计算加工参数，拟合走刀轨迹，分析计算齿形误差。根据直齿锥齿轮修形理论，针对齿形误差，提出采用模数铣刀进行修形的方法；在VERICUT上进行仿真，通过比较修形前后齿形残余量，检验修形效果，验证方案的可行性。进行加工试验，采用三坐标测量仪对修形前后的齿形精确测量，得出修形前后啮合区域最大误差量（啮合方向）分别小于0．563mm和0．041mm。进行啮合试验，修形后齿轮端部应力集中现象消失，啮合区域向齿面中央集中。

通过建立一对直齿锥齿轮有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对其进行瞬态仿真分析,验证其仿真方法的准确性。基于此建立一对零度弧齿锥齿轮对比模型进行仿真计算,根据仿真结果,对齿轮接触力、齿面接触应力、齿根弯曲应力、大齿轮振动方面进行比较分析,发现在相同载荷和转速情况下,直齿锥齿轮与零度弧齿锥齿轮的传动特性具有明显的差异性。为两种类型的锥齿轮在航空领域中的选择和应用提供参考。