非圆齿轮是一种具有变传动比的机构,采用非圆齿轮驱动能够使机构在实现特殊运动的同时,具有良好的传动性能、紧凑的结构和经济成本低等优点。椭圆齿轮是一种典型的非圆齿轮,已经广泛应用于液压马达、刮水器、抽油机换向器、汽车转向器等设备中。目前,齿轮正朝着高稳定性的方向发展,但由于变传动比这一特点,椭圆齿轮不同轮齿之间的啮合刚度存在差异,且摩擦力的方向及其力臂大小在啮合过程中也会发生变化,同时椭圆齿轮中还存在阻尼、齿隙、齿轮误差等非线性因素,这些因素都有可能破坏其平稳运动的状态,影响椭圆齿轮正常工作。因此,研究椭圆齿轮的非线性动态特性,对设计运动稳定的椭圆齿轮系统具有重要意义。同时,由于齿轮在工作中受到循环的交变载荷的作用,易于发生疲劳,造成断裂事故,需要分析椭圆齿轮的疲劳寿命,避免事故的发生。本文以椭圆齿轮为研究对象,分析其非线性动态特性,同时对椭圆齿轮的疲劳寿命进行仿真分析。主要工作内容如下:(1)对椭圆齿轮的啮合刚度、啮合阻尼、齿面摩擦力、间隙、齿轮误差等因素进行分析,同时建立了考虑时变啮合刚度、齿隙、啮合阻尼、齿轮误差、摩擦力、支承刚度及阻尼等因素的椭圆齿轮非线性弯扭耦合模型及动力学方程组。(2)利用MATLAB对椭圆齿轮动力学方程组进行求解,分别分析在设定的参数条件下椭圆齿轮的负载扭矩、转速、摩擦因数、阻尼比、偏心率、刚度系数等因素对椭圆齿轮振动特性的影响。研究表明,负载的增大使系统位移响应峰峰值增大;高速时椭圆齿轮进入混沌运动;摩擦因数和阻尼比的增大能够改善椭圆齿轮的运动状态;偏心率和刚度系数的增大则会让椭圆齿轮运动失稳。(3)采用CAXA和SolidWorks建立椭圆齿轮的三轮齿模型,利用ANSYS Workbench对椭圆齿轮进行单位载荷应力分析,获得椭圆齿轮的单位载荷应力分析结果;利用MATLAB对椭圆齿轮动力学模型求解得到其动态啮合力时间历程。运用准静态法,将单位载荷应力分析结果和动态啮合力时间历程导入到ANSYS n Code Design Life中,采用Goodman公式对材料S-N曲线进行修正后,对椭圆齿轮进行疲劳分析,计算椭圆齿轮的疲劳寿命和疲劳损伤。同时研究了负载扭矩和表面粗糙度对椭圆齿轮疲劳寿命的影响。