传动齿轮接触应力的有限元分析

    传动齿轮复杂的应力分布情况和变形机理是造成齿轮设计困难的主要原因，而有限元理论和各种有限元分析软件的出现，让普通设计人员无需对齿轮受力做大量的计算和研究，就可以基本掌握齿轮的受力和变形情况，并可利用有限元计算结果，找出设计中的薄弱环节，进而达到对齿轮进行改进设计的目的。

    目前，国内在进行相关研究中多应用Ansys软件进行分析，由于Ansys软件的三维建模功能较弱，生成齿轮模霉!!较为困难。因此，常常使用UG、ProE等三维设计软件进行齿轮造型，然后导入Ansys中进行分析，既费时费力，又容易在模型转换过程中产生错误。

    本文应用完成齿轮建模，无缝导人其集成的有限元软件COSMOS／Works中对研究项目饲料搅拌机中减速器齿轮传动进行接触应力分析，克服了模型转换时产生易错误的问题。根据有限元分析结果，与赫兹公式计算结果进行对比，验证了分析结果的可靠性，在保证结构安全可靠运行的条件下，提高设计制造的效率，降低设计研制成本。

    1 齿轮实体建模及其有限元模型的建立

    1．1有限元分析的环境

    本文使用COSMOS／Works有限元分析软件。COSMOS／Works是SRAC(structural research analysis corporation，SRAC)推出的一套强大的有限元分析软件，COSMOS／Works是完全整合在中设计分析系统的，可以根据模型迅速地进行各种类型的分析，如静态分析、频率分析、热分析、弯曲分析等，并输出多种图解，如应力、应变、形变、位移等。由于COSMOS／Works是完全整合在中，因此，在中完成的齿轮模型可直接转入COSMOS／works中进行网格划分和分析。

    1．2齿轮实体建模及其有限元模型的建立

    1．2．1齿轮的建模

    问题描述：设计一饲料搅拌机减速器，输入功率P1=7kW，小齿轮转速n1=540r／min。减速器高速级一对相互啮合的齿轮材料均为45号钢，弹性模量E=2．06×105N·mm2，泊松比μ=0．3。给定齿轮的基本参数如下：

    齿轮模数m为3，压力角α为20°，齿数z1、z2分别为24、77，齿宽b为75mm。

    采用进行齿轮实体建模，使用的Geart FaX插件完成齿轮实体建模。进行齿轮接触应力分析要将传动的齿轮装配到一起，并保证正确的啮合位置。确定二齿轮在啮合线上相啮合的各个位置，先将二齿轮旋转到节点相啮合的位置。由于在分度圆上齿轮的齿厚和齿间距相等，则小齿轮转到节点啮合位置就要转动90°／24°，大齿轮转到节点啮合位置就要转动90°／77°，即可使2个齿轮在节点处相啮合。装配并正确啮合的模型如图1所示。