一次包络TI环面蜗杆传动由一个普通渐开线斜齿圆柱齿轮及其共轭齿面——渐开面包络的环面蜗杆两部分组成,因其具有传动平稳,润滑条件好等特点在诸多领域得到了广泛应用,但目前还缺乏对于该传动副承载能力的计算方法的研究。本文在前人研究的基础上,对TI环面蜗杆传动的承载能力进行分析计算,并通过优化设计进一步提高该传动副的强度。论文的基本工作概述如下:(1)在齿轮啮合理论的基础上,建立了TI环面蜗杆传动副的空间几何坐标系,推导了传动副的啮合方程、界限方程;分析了不同设计参数对传动副接触线的分布影响,以及对诱导法曲率、润滑角、相对卷吸速度等微观啮合参数的影响。(2)建立TI环面蜗杆承载能力计算模型,给出了该传动副齿间载荷分配及沿接触线载荷分布的算法;分析了喉径系数、蜗轮分度圆螺旋角及法向模数等设计参数对齿间载荷分配及齿向载荷分布的影响,结果表明:随着喉径系数、蜗轮分度圆螺旋角及法向模数的增大,最大齿间载荷分配系数都随之降低,载荷沿接触线的方向逐渐递减。分别基于Hertz接触理论和悬臂梁原理,推导了TI环面蜗杆传动副的齿面接触应力及齿根弯曲应力计算公式。(3)通过Matlab及UG完成了该传动副的实体造型与装配,导入Workbench中进行应力及变形的有限元分析。研究结果表明:当传动副三齿同时啮合时,蜗轮轮齿产生最大变形及最大等效应力;分析了存在中心距、轴交角及轴向偏移误差下的传动副应力变化,中心距正值误差控制在0.5mm以内,适当的轴向偏移误差可以提高该传动副的承载能力。(4)为进一步提高TI环面蜗杆传动副的承载能力,对该传动副进行优化设计。以喉径系数、蜗轮分度圆螺旋角及法向模数为优化变量,齿面接触应力和齿根弯曲应力为目标函数,结合改进粒子群算法进行优化设计从而得到最优的设计参数。在优化结果的基础上分析了传动副的齿间载荷分配、齿向载荷分布及应力,结果表明优化后的TI环面蜗杆传动副在承载能力上有明显的提升。