直齿锥齿轮因具有传动平稳、效率高、承载能力强等优点,已在汽车、航空航天、石油、化工等诸多领域中来实现相交轴间的运动传递。另外,直齿锥齿轮构成的复杂齿轮机构因继承双齿啮合到单齿啮合的啮合规律,具有更加复杂的轮齿啮入啮出规律。例如重载卡车后桥中的差速器往往长时间处于重载、冲击等复杂多变的工作环境,若能准确预测齿轮在啮合过程的齿面接触应力、齿根弯曲应力和传动误差等参量的变化规律,有利于人们更清楚地认识汽车差速器的工作性能,为汽车差速器设计过程中的接触应力的分析提供了参考价值。另外,在现代工业中,齿轮的设计要求满足高速、重载而尺寸小、重量轻的特点。对于这一特点,进行齿轮的疲劳分析来确保齿轮的设计可靠性就变得至关重要。因此,分析直齿锥齿轮的疲劳失效形式有利于人们确定齿轮副中的主要疲劳部件,并且有利于人们了解接触疲劳应力和弯曲疲劳应力对齿轮寿命的影响,对于提高汽车差速器的使用寿命具有现实的指导意义。本文根据直齿锥齿轮的啮合原理和加工过程,在Pro/E软件环境下,采用球面渐开线齿廓方程,建立了直齿锥齿轮的三维参数化精确几何模型,并进行虚拟装配和运动仿真分析,为进行有限元分析打下了基础。利用现代有限元仿真分析技术,在通用有限元软件ANSYS中建立汽车差速器和直齿锥齿轮副的非线性静态接触分析有限元模型,分析了汽车差速器在不同啮合位置的齿面接触应力和齿根弯曲应力的分布规律,验证了齿端效应的存在,讨论了差速器的对称性、行星齿轮的等效性和传动误差。此外,根据疲劳累积准则和疲劳曲线方程来分析直齿锥齿轮副的接触疲劳应力和弯曲疲劳应力。预测了直齿锥齿轮发生疲劳的关键啮合位置。通过疲劳分析的有限元模拟结果与理论计算结果的比较,证明了有限元模型的可靠性。基于这个可靠地有限元模型,分析了主动轮和被动轮的疲劳应力在工程应用中所起的作用,并比较分析了主动轮和被动轮的接触疲劳寿命和弯曲疲劳寿命。对于主动轮和被动轮自身的疲劳寿命和弯曲寿命也进行了比较分析。分析结果有利于更清楚地认识直齿锥齿轮副的疲劳失效形式。