齿轮传动系统是应用最广泛的一种动力和运动传动装置,其强度及使用寿命的研究一直受到人们的广泛关注。而齿轮动强度计算一直采用的是动态静力方法,没有反映齿轮传动工作状态的本质。近年来出现的齿轮故障多表现为齿轮的振动破坏,齿轮振动在齿轮内产生的应力波是影响齿轮传动强度和可靠性的一种具有隐藏性和破坏性的重要因素,因此需要进一步完善齿轮的设计规范。本文首次将应力波传输理论引入齿轮的强度计算,从而真正实现了齿轮的动应力计算,为齿轮的应力计算提供了一种有意义的新思路。 论文对弹性动力学基础理论进行了概述。作为基础研究,分别以简单的等截面直杆及矩形截面锥杆为分析对象,建立其波动方程,并建立有限元模型研究其受到轴向,径向,以及同时受轴向和径向载荷几种情况下的动力学响应。 最后以直齿圆柱齿轮的轮齿为分析对象,利用UG软件建立一对完整的直齿圆柱齿轮的3D啮合模型,并利用LS-DYNA对齿轮啮合过程中齿轮的动应力进行了仿真研究。研究发现:(1)实际得到的动态应力比较的大的地方主要集中在接触处和齿根附近;(2)在较低的转速下,利用波动理论计算的动应力比较小,不会引起齿轮的破坏,而在较高转速下,应力值比低速时的值大,而且应力值是随着转速的增大而增大的,当转速达到某一极限值时,利用波动理论计算的动应力甚至远远超过极限应力,这表明在高速传动下按常规设计方法设计齿轮是不可靠的;(3)在较高转速下,从仿真的结果来看,不仅有齿面接触而且有齿背接触,说明齿轮系统发生了脱啮拍击现象,而拍击产生的冲击载荷引起的动应力不容忽视,这进一步表明在高速传动下齿轮的强度设计必须考虑应力波传递的影响。