在当今社会快速发展的进程中,城市轨道交通的发展显得异常的重要,其中地铁车辆作为城市轨道交通的重要组成部分,其运营质量与城市轨道交通的发展息息相关。其中地铁车辆传动系统中的齿轮,对地铁车辆传动系统的正常运行起着至关重要的作用,其工作状况直接决定了地铁车辆是否能够安全运行。随着全国城市轨道交通总运营里程的不断增加,地铁车辆传动系统齿轮出现轮齿发生弯曲疲劳断裂失效的概率也在不断上升,严重影响了地铁车辆的运营安全。一旦地铁车辆在运营过程中,传动系统齿轮发生弯曲疲劳破坏,将会给国家和社会带来巨大的经济损失。因此,开展地铁车辆齿轮箱斜齿轮弯曲疲劳机理研究与提出一种齿轮弯曲疲劳寿命预测的新方法对城市轨道交通的发展具有重大意义,本文研究内容如下:1、利用ANAYS软件建立了地铁车辆齿轮箱斜齿轮啮合有限元模型,对斜齿轮的啮合过程进行瞬态动力学分析,根据地铁车辆在启动阶段交流电机的输出转矩,分析了斜齿轮在不同速度区间下齿根应力分布以及变化情况,得到了地铁车辆斜齿轮齿根裂纹的萌生位置,以及列车在启动阶段对齿根裂纹萌生影响最大的速度区间。然后通过在齿根最大主应力的最大值发生节点处建立局部坐标系,对斜齿轮沿法面方向和端面方向的齿根应力分布情况进一步分析,得到了斜齿轮齿根裂纹萌生时的失效形式。2、以地铁车辆齿轮箱斜齿轮为研究对象,研究萌生于斜齿轮齿根端面处裂纹的扩展变化规律。应用ANSYS软件建立了齿根端面处含有初始裂纹的三维裂纹扩展有限元模型,然后利用扩展有限元理论XFEM模拟了萌生于斜齿轮齿根端面处裂纹的三维扩展路径,对斜齿轮齿根裂纹的扩展规律进行了深入探究,最后深入分析了载荷大小、初始裂纹角度与裂纹扩展路径变化规律之间的关系。3、利用前文建立的齿根端面处含有初始裂纹的有限元模型,采用有限元方法计算了半椭圆形裂纹前缘的应力强度因子,详细分析了裂纹扩展过程中的关键参数应力强度因子,得到了萌生于齿根端面处裂纹应力强度因子的变化规律。在此基础上,深入分析研究了载荷大小、裂纹短轴半径以及初始裂纹角度对应力强度因子变化规律的影响。4、在前人研究提出的齿轮剩余强度预测模型的基础上,考虑到高-低周载荷间大小影响关系对齿轮剩余强度的影响,在模型中引入载荷间大小影响系数,对该模型进行改进,并在进行了详细的公式推导后得到了改进后的齿轮剩余强度预测模型,最后通过齿轮的两级加载试验,选取20%、40%、60%、80%四个百分比作为齿轮在一级载荷下的损伤,验证改进后模型在二级载荷作用下对齿轮剩余强度预测的准确性,从而验证改进后模型的准确性。试验结果表明通过引入载荷间大小影响系数,在两级加载条件下,无论载荷的加载顺序是高-低、还是低-高,本文提出的改进模型对齿轮剩余强度预测值与试验值的拟合性都要比改进前模型更加的准确。本文以地铁车辆齿轮箱斜齿轮作为研究对象,根据地铁车辆的运行工况,对斜齿轮副在地铁运营过程中的应力分布以及变化模式进行详细的分析,对斜齿轮齿根裂纹扩展路径的规律进行了探究,分析了萌生于斜齿轮齿根处裂纹的应力强度因子,并提出了一种齿轮弯曲疲劳剩余强度的预测模型,并通过试验对模型效果进行了验证。