基于SolidWorks cosmos的同步齿轮泵轴的疲劳分析

　　现代产品设计需要通过工程分析手段预测产品的使用寿命，井使之成为产品设计的一部分。许多机件如轴、齿轮等都是在交变应力下工作的，机件在这种变动载荷下经过较长时间工作就会发生疲劳断裂。疲劳断裂与静载荷下的断裂不同，无论在静载荷下显示脆性或韧性的材料，在疲劳断裂时都不产生明显的塑性变形，断裂是突然发生的，所以常造成严重的事故。据统计，在损坏的机器零件中，除磨损外，大部分是由金属疲劳造成的。

　　设计人员以往在概念或详细设计阶段通常使用简单而不真实的计算来估计产品的寿命。而实际产品寿命只有等到产品样机制造完成或到试验阶段才能得到初步验证，无形中增加了大量的开发成本。即使是这样，很多与失效相关的参数不可能在试验估计出来，通常情况下要等到产品使用一段时间后才能发现，如因结构疲劳引起的产品报废，甚至是灾难性事故(如:曲轴或叶片断裂，飞机失事，火车出轨，船体焊缝开裂等)。因此，在产品设计阶段利用有效的分析软件预测产品寿命就显得非常必要。齿轮轴是同步齿轮泵中极其重要的零件，为了提高其可靠性，必须对其进行疲劳分析。

　　1设计思想及设计过程

　　cosmos是一种新的有限元分析解决方案，从简单的应力和分布方式测试到更为复杂的分析(例如，冲击测试、非线性和疲劳分析)，COSMOS都发挥着至关重要的作用。它为用户得到高质量分析结果提供了简单而高效的方法，同时满足高端用户在简单的FEA软件实现完全的分析控制的需求，从而帮助客户真正实现缩短上市时间、减少成本并提升工程生产力。

　　结合工作实际，建立同步齿轮泵齿轮轴的模型，其基本参数为:转速1500r/s，材料20CrMnTi，输人扭矩129.6 N.m，在A,B处支撑(见图1)，花键处承受18460 N的径向力，求在工作载荷下的寿命问题。

　　1.1三维建模

　　齿轮轴的三维模型如图2所示。

　　建模完成后，为了加载方便，需要在键联接处添加几条参考实体及曲线:

　　(1)建立中心轴为基准轴;

　　(2)创建"分割线":选择"上视"基准面，在轴的加载垫块位置绘制一矩形;选择"插人"~"分割线"，设置类型为"投影"，在图形区域选择轴的圆柱面为要分割的面。按此步骤依次在图中3个位置创建分害吐线，如图3所示。

　　1.2静力分析