螺旋锥齿轮因具有传动效率高、传动稳定、承载能力高等优点被广泛应用于工程机械、交通运输、航空航天等领域,是齿轮传动系统的核心零部件。螺旋锥齿轮在传动过程中常承受重大的交变载荷,极易诱发轮齿裂纹故障,威胁运行安全与使用寿命,是螺旋锥齿轮需重点监测与防范的常见故障。裂纹的产生将导致啮合过程中的多个因素发生变化,而时变啮合刚度的时变性和非线性特点是齿轮裂纹故障和齿轮动力学之间的桥梁,因此,准确的时变啮合刚度计算是螺旋锥齿轮动力学分析的前提。现有螺旋锥齿轮时变啮合刚度计算方法中非工作面参与啮合导致啮合刚度存在不稳定波动的问题,且裂纹简化为等宽线型裂纹形式与实际裂纹存在差异。针对上述问题,以裂纹螺旋锥齿轮为研究对象,主要开展如下工作:1.根据螺旋锥齿轮当量齿轮原理实现了参数化实体建模,创建了螺旋锥齿轮有限元加载接触分析简化模型,通过接触斑验证了模型的精度。结果表明:试验接触斑齿宽、齿高方向上占比为85.94%和40.75%。仿真接触斑齿宽、齿高方向上的占比为87.40%和41.98%,仿真与试验结果接近。2.针对典型有限元方法中螺旋锥齿轮时变啮合刚度出现不稳定波动的问题,提出一种修正有限元方法计算螺旋锥齿轮正常状态和裂纹状态的综合时变啮合刚度,提高了有限元法的计算精度。结果表明:修正有限元法的平均综合啮合刚度与典型方法的平均综合啮合刚度基本一致,修正方法的时变啮合刚度的不稳定波动明显减少。3.提出符合螺旋锥齿轮工况的三种抛物线型路径裂纹定义方式,总结归纳了不同参数下的时变啮合刚度的变化规律。结果表明:裂纹存在时平均综合啮合刚度幅值降低;平均综合啮合刚度随裂纹角度的减小而减小,平均综合啮合刚度随裂纹尖端深度和裂纹宽度的增大而减小;三种路径裂纹中,q0＞h型路径裂纹受裂纹角度、裂纹尖端深度、裂纹宽度参数变化的影响最小;裂纹角度、裂纹尖端深度、裂纹宽度三个参数中,裂纹尖端深度对螺旋锥齿轮平均综合啮合刚度的影响最大。4.通过实验啮合频率验证了修正有限元方法的有效性,通过仿真啮合刚度幅值变化趋势与仿真振动信号、实验振动信号时域特征量幅值的变化趋势验证了含裂纹齿时变啮合刚度变化规律的有效性。结果表明:仿真啮合刚度啮合频率与实验振动信号啮合频率相同;仿真振动信号时域特征幅值变化趋势与实验振动信号时域特征幅值变化趋势相同。裂纹故障会引起时变啮合刚度幅值下降,导致峰值因子、脉冲因子和裕度因子的幅值增大。随着裂纹程度的增加,时变啮合刚度减小幅值增大,反映系统冲击的时域特征幅值也随之增大。