齿轮是重要的机械基础件,广泛应用于航空、航天、舰船、汽车、风电等装备领域,是装备制造业不可或缺的重要组成单元,其性能直接决定重大装备的性能和可靠性。随着现代装备对功率密度、承载能力和可靠性的不懈追求,以及在航空、航天、风电、军用车辆等领域出现的越来越多的高速、重载等极端苛刻服役环境,齿轮接触疲劳失效问题日益突出。从全球范围看,因齿轮接触疲劳失效导致的装备事故屡见不鲜,使得齿轮接触疲劳成为限制现代齿轮装备性能与可靠性的重要瓶颈。传统传动零部件的强度设计基于静强度分析,利用安全系数进行强度校核无法反映真实载荷的变化规律。上世纪七十年代,研究和应用疲劳载荷谱成为一种趋势,其中汽车,农业机械,航空等领域最为成功。由于载荷谱重要作用,国内外许多行业都将载荷谱研究作为机械服务过程中的关键机密研究课题。驱动轴作为汽车传动系统的重要组成部分,在降低速度,增加扭矩,改变扭矩传递方向,实现差速并承受路面与车架之间的各种载荷方面起着重要的作用,因此,研究其疲劳耐久性具有重要意义。在驱动桥总成中,主减速器锥齿轮工作负荷大,工作时间长,通常是驱动桥总成疲劳耐久性的薄弱环节。而汽车行驶工况复杂多变,编制覆盖大部分工况的疲劳载荷谱,是相对准确预测锥齿轮疲劳寿命的关键,另一方面由于试验难度大,利用计算机仿真技术预测疲劳寿命成为主流。基于此背景,本文开展了基于载荷谱的汽车用锥齿轮疲劳寿命研究,形成了一套考虑载荷谱的齿轮疲劳寿命预测方法。本文用MASTA专业齿轮设计软件,建立了汽车用锥齿轮几何模型,进而建立齿轮有限元模型。对汽车用锥齿轮进行有限元分析,得到锥齿轮多轴应力应变状态,并采用Brown–Miller–Morrow多轴疲劳准则对锥齿轮的接触疲劳寿命进行了预测;分析了不同载荷水平下齿面疲劳寿命的变化规律,并给出了相应的接触疲劳S-N曲线。此外,基于驱动轴上典型工况下的有限扭矩-时间历程,用雨流法对扭矩-时间历程统计处理,并用概率密度函数法进行多工况二维载荷谱的编制。最后,采用Goodman平均应力方程建立了一维载荷谱。根据锥齿轮接触疲劳S-N曲线和一维载荷谱,利用疲劳累积损伤理论预测锥齿轮随机载荷下的接触疲劳寿命,讨论了Miner线性累积损伤理论、Corten-Dolan非线性疲劳累积损伤理论和Manson双线性疲劳累积损伤理论对接触疲劳寿命的影响。形成了一套基于载荷谱的齿轮疲劳寿命预测方法,并用这套方法基于matlab GUI设计出一套考虑载荷谱的齿轮疲劳寿命预测软件。