弧齿锥齿轮是实现相交轴或相错轴传动的重要元件,具有高重合度、高承载能力、低噪声以及传动平稳等优点,被广泛应用于航天航空、船舶、车辆、机床等装备的传动系统。轮齿折断与齿面点蚀是其主要失效形式,因此承载能力计算及其试验研究显得尤为重要。本文基于ISO与AGMA的弧齿锥齿轮强度计算标准,分别计算了齿面接触与齿根弯曲强度,并与齿轮接触有限元分析结果和齿根弯曲应力的试验测试结果进行对比。基于有限元接触分析结果与齿根弯曲应力试验测试值,采用多岛遗传算法对无润滑与油润滑状态下弧齿锥齿轮齿面的摩擦系数计算。主要研究内容有:1、弧齿锥齿轮几何建模。基于球面渐开线形成原理和齿轮展成加工方法推导齿廓曲线方程与节线方程。对上述方程进行数值求解,将齿面数据导入CATIA创建齿轮的三维模型。2、基于齿轮标准的承载能力计算与有限元接触分析。根据ISO 10300(2014)标准和AGMA 2003-B97标准分别对弧齿锥齿轮的齿面接触强度与齿根弯曲强度进行计算,比较两种强度计算标准的差别,分析两种标准中各设计量与修正系数的定义方法、取值及其对轮齿强度的影响;探讨传动比、模数、螺旋角等设计参数对齿轮承载能力的影响。结果表明,两种标准下的接触与弯曲强度计算结果有较大的差异。开展弧齿锥齿轮有限元接触分析,得到齿面接触应力与齿根弯曲应力,并将计算结果与齿轮标准的结果比较分析,有限元分析与ISO标准计算结果比较接近。3、弧齿锥齿轮的齿根弯曲应力测试方法。根据弧齿锥齿轮承载能力以及实验要求进行齿根弯曲应力测试方案设计以及试验台设计。依据齿根弯曲应力测试原理在从动轮凸面齿根部位沿齿宽方向贴片并组桥,基于NI采集系统和Labview软件平台完成了对齿根弯曲应力的测试。4、齿根弯曲应力测试结果分析。对试验测得的应力应变数据进行时域平均法处理,并将测试结果与上述两种方法得到计算值进行对比,结果表明实验测试值比齿轮标准以及有限元计算值均要大。利用有限元软件计算不同摩擦系数下弧齿锥齿轮齿根应力大小,并与试验测试获得的齿根应力值建立目标函数,通过遗传算法计算无润滑和油润滑状态下齿轮齿面摩擦系数。