论文导读：使用有限元分析软件ANSYS对齿轮进行强度分析。设计直齿圆柱齿轮模块以及应用ANSYS有限元软件进行有限元分析方面。
关键词：ANSYS，直齿圆柱齿轮，接触应力，齿根弯曲应力
0引 言
齿轮作为在机械结构中经常用到的重要的传动零件，其强度直接影响到整个机械结构的工作性能和寿命，然而在传统齿轮设计中，齿轮的强度校核过程和设计过程主要是通过人工设计完成，计算繁琐，设计周期长且难以实现优化设计。
本文采用有限元分析法对渐开线标准圆柱直齿轮进行接触应力和齿根弯曲应力进行分析计算。并且在有限元分析中,对AYSYS[1]软件进行二次开发，即应用了APDL[2]语言，自动实现了齿轮的参数精确建模 ，自适应网格划分和有限元强度分析。
最后和传统经典方法进行了对比分析,证明了本方法的准确性。具有实际操作性和推广价值。
1.齿轮强度分析的基本要求
在机械专业中，减速机是主要的重要的传动机构，而齿轮传动是其中最常见的实现方式。因此齿轮零件的设计就显得尤为重要。其中齿轮应力强度校核是齿轮结构设计的前提，只有相互啮合的齿轮通过了接触和弯曲强度校核计算，才能进行齿轮结构设计。当然相互啮合的齿轮种类十分繁杂。这里我们为方便起见，只考虑渐开线标准圆柱直齿轮的问题。
传统的应力强度校核计算十分烦琐，需要查阅机械设计手册中大量的数据（包括图形和图表）。而传动机构中往往是多对齿轮啮合，其中有一对不符合要求，整个计算就得重来，耗费了设计者大量的精力。
因此借助计算机及相应软件完成对齿轮的优化设计十分必要。使用有限元分析软件ANSYS对齿轮进行强度分析，可对齿轮的强度设计提供可靠的依据，实现变速器齿轮的计算机辅助设计，可以加快设计进程、缩短研制周期、提高设计质量。
本文应用了APDL，即ANSYS参数化设计语言（ANSYS Parametric Design Language），设计直齿圆柱齿轮模块以及应用ANSYS有限元软件进行有限元分析方面，做一些初步的探索。
2.问题研究的主要方法及实例
本文以ANSYS软件为平台，以直齿圆柱齿轮为实例，研究了在ANSYS环境下实现直齿轮精确建模和应力分析的方法，并与弹性力学和机械手册的计算结果进行了比较。论文参考网。
2.1ANSYS软件介绍
ANSYS是一个大型通用有限元软件。在机械结构系统中.主要在于分析机械结构系统受到负载后产生的力学效应.如位移、应力、变形等.根据该结果判断是否符合设计要求。
2.2 APDL介绍
APDL即ANSYS参数化设计语言（ANSYSParametric Design Language），用于自动利用参数（变量）创建模型。很适于在系统之上根据特定的需要进行二次开发。
2.3 渐开线直齿圆柱齿轮的参数化二维建模
本文以《机械设计手册》[3]中第八章计算例题为实例。
渐开线圆柱直齿轮建模前的参数如表1所示：
表1渐开线圆柱直齿轮参数表
模数/ |
M=8 |
| 齿 数 |
Z1=30 Z2=95 |
| 压力 角 |
a_fdy=20o |
| 顶隙系数 |
haX=1 |
| 齿顶高系数 |
cX=0.25 |
| 齿宽/ |
B=0.24 |
2.4 交互式人机对话
渐开线直齿圆柱齿轮成型时，首先在ANSYS中应用APDL中的*ASK命令实现人机对话，输入模型关键数据。都通过在宏中包含*ASK命令，该宏就可以提示用户输入某个参数的值。
*ASK命令的格式为：
首先，用ANSYS导入文件The Gear Model of JXP，然后根据弹出的对话框输入数据，本程序输入值为例题。
1〉 输入齿轮模数 M=8，其命令流为
 图1输入齿轮模数
2〉输入其他参数略。论文参考网。
2.5 构造齿轮的端面渐开线齿轮轮廓
利用已输入模型关键数据，根据标准齿轮的几何尺寸公式应用APDL编写齿轮的几何尺寸计算程序。应用APDL的基本特性将齿轮的几何尺寸由计算机自动计算，并把建立模型所需关键数据保存到数组中。
2.6 端面渐开线的绘制
按照APDL的语法规则写出表达式。然后可以根据齿轮的参数绘制出完整的端面渐开线齿轮轮廓曲线，即得到该渐开线直齿圆柱齿轮齿形轮廓。
3.有限元模型的建立与求解
3.1建立数学模型、齿轮计算前处理
选取单元为2维4节点轴对称单元,形状为四边形Quad，采用四边形自由网格划分。
图2 有限元网格划分图
3.2 定义接触对
由于在理论计算中只即使一对齿轮相互作用，故在建模时只定义一对接触对。论文参考网。定义接触对时，理论上要考虑最先接触的一对齿轮，否则有可能因为计算量过大导致溢处，而无法得到计算结果。在定义接触对时要将接触对定义为非对称接触。
3.3 施加边界条件和荷载：
(1) 先在总体柱坐标系下固定第一个齿轮（主动轮）的轴功率孔上所有节点的径向位移。
(2) 再对第二个齿轮（从动轮）的轴功率孔上所有节点施加各个方向位移约束
(3）荷载计算，因为转矩 由圆轴通过轴功率孔传给齿轮，所以把转矩分解成轴功率孔的节点上的周向力。
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