齿轮作为工业中十分重要的传动零部件之一,其疲劳寿命及可靠度对整个机械有着重要影响。而高强度钢作为齿轮的主要制造材料,研究其疲劳行为和失效机理更是有着重要意义。但是,随着超高周疲劳失效现象的发现,传统疲劳理念中关于疲劳寿命的预测和可靠度评估方法也难以满足如今的设计要求。本文首先对高强度渗碳齿轮钢的光滑试样开展了在轴向加载下应力比为零时的超高周疲劳试验,明确其S-N特性和P-S-N特性;通过光学显微镜,对断口表面进行观测,分析其失效模式和失效机理;探讨了光滑试样疲劳裂纹的萌生及扩展行为,并对疲劳寿命和超高周疲劳领域的疲劳极限进行了预测。之后,开展了高强度渗碳齿轮钢缺口试样在轴向加载下对称载荷加载时的超高周疲劳试验,明确其S-N特性;采用光学显微镜对断口进行观测,分析缺口导致的应力集中现象对失效模式和失效机理的影响;探讨了缺口试件裂纹的萌生及扩展行为,并对疲劳寿命进行了预测;基于小裂纹理论,研究了光滑试样疲劳寿命与缺口试样疲劳寿命之间的等效关系,并通过光滑试样对缺口试样的疲劳寿命进行预测。然后,开展了高强度渗碳齿轮钢齿轮试样的弯曲疲劳试验,明确其S-N特性,并基于不同统计分布探讨其P-S-N特性;提出一种齿轮弯曲疲劳的全寿命预测模型,并利用有限元软件ABAQUS对齿根疲劳裂纹的扩展过程进行了仿真。最后,基于光滑试样和齿轮试样的变幅试验数据,对比了五种变幅疲劳寿命预测模型的预测精度;根据细节疲劳额定值理论,提出了一种新的恒、变幅应力下齿轮疲劳寿命高置信度的可靠度评估方法。