齿轮接触非线性有限元分析_王晓友

第７期２００９年７月机械设计与制造ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ文章编号：１００１—３９９７（２００９）０７—０００１－－０３｝氯齿轮接触应力计算不同有限元模型的比较分析ｉＪ岛＇ｌｉ！ｉ？李杰张磊赵旗ｉ算ｉ（吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室，长春１３００２５）ＣｏｍｐａｒｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｎｇｅａｒｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄａｌｓＵＪｉｅ，ＺＨＡＮＧＬｅｉ，ＺＨＡＯＱｉ（ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＤｙｎａｍｉｃＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｅｈｕｎ１３００２５，Ｃｈｉｎａ）驴《Ｐ谚《９咿驴ｑＰ、驴，矿驴驴—｛ｔ｝【摘要】为精确计算齿轮齿面接触应力，选择与齿轮实际运转情况最为接近的有限元模型，从赫兹有限元模型的分析入手，研究齿轮接触问题的赫兹有限元解法，然后再将问题扩展到齿轮模型，最后通过对比不同有限元模型之间的差异发现，三维多齿有限元接触模型同齿轮实际运转情况最为接近，且利用该模型不但能使计算更加精确，而且更容易实现变速器齿轮乃至整车的轻量化设计。

关键词：接触应力；赫兹；齿轮；有限元【Ａｂｓｔｒａｃｔ】／ｎｏｒｄｅｒｔｏｃｏｍｐｕｔｅｔｈｅｇｅａｒｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ｃｈｏｓｅｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄａｌｔｈａｔ１１３０，￥ｌｌＳａｒｔｏｔｈｅｇｅａｒａｃｔｕａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎ．ＩｔｃｏｍｍｅｎｃｅｄｆｒｏｍｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＨｅｒｔｚｍｏｄｅｌｆｉｒｓｔｌｙ．ａｎｄｓｆｚ以一ｉｅｄｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｇｅａｒｃｏｎｔａｃｔｐｒｏｂｌｅｍｕｓｅｄｔｈｅＨｅｒｔｚｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄａｌ，ｔｈｅｎｅｘｐａｎｄｅｄｔｈｅｐｒ０６一ｌｅｍｔｏｔｈｅｇｅａｒｍｏｄｅｌ，ｆｉ删ｌｙｆｏｕｎｄｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｔｈｒｏｕｇｈｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｄｓ，ｔｈｅ３Ｄｍｕｌｔｉ－ｇｅａｒｃｏｎｔａｃｔｍｏｄｅｌ｜ｆＪ∞ｎｃａｒｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｇｅａｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｓｔｌｙ．ａｎｄｍａｄｅｕｓｅｏｆｔｈｉｓｍｏｄｅｌｎｏｔｏｎｌｙｃｏｕｌｄｍ４２ｋｅｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ｂｕｔａｌｓｏｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｇｅａｒａｎｄｔｈｅｗｈｏｌｅＣａｒｍｄ∽ｅｄｉｎｗｅｉｇｈｔｄｅｓｉｇｎｍｏｒｅｅａｓｉｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓ；Ｈｅｒｔｚ；Ｇｅａｒ；Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｑ口、茹－《》ｑｐ、乎、矿驴驴驴舻舻ｖ２》中图分类号：ＴＨｌ６。

基于有限元法的齿轮强度接触研究分析随着科技的不断进步和人们对机械装置的需求日益迫切，齿轮的应用越来越广泛。

然而，齿轮在工作过程中难免会受到影响，如磨损、断裂等问题，这些问题需要进行有效的分析研究和解决。

基于有限元法的齿轮强度接触研究分析是一种有效的研究方法，本文将对该方法进行介绍和分析。

1.有限元法的基本原理及其在齿轮强度接触研究中的应用有限元法是一种数值分析方法，可用于复杂的结构应力分析和流体力学分析。

其基本思想是将连续体分割成多个有限的单元，并对每个单元的力学性质进行分析，通过单元之间的数学连接，推导出整个结构的力学特性。

在齿轮强度接触研究中，有限元法可用于齿轮的应力分析和接触特性的研究，以减少试验成本，提高研究效率。

2.齿轮强度接触研究分析的流程（1）建立数字模型：首先，建立齿轮数字模型，将齿轮模型分为齿轮齿面和花键齿面两个部分。

（2）有限元网格划分：将齿轮数字模型进行划分，将齿轮分为若干刚性单元或弹性单元。

（3）加载和边界条件：在有限元网格划分之后，对齿轮模型进行边界条件的设置和加载，如载荷、转速等。

（4）计算分析：进行计算分析，得出齿轮应力分布、接触压力、接触应力等参数。

（5）评价分析结果：根据计算分析得出的参数，对齿轮的强度进行评估和修正，并对齿轮材料的选择进行考虑。

3.有限元法在齿轮强度接触研究中的应用案例在有限元法的应用中，有利于通过理论计算和仿真模拟研究齿轮强度和接触特性的长期变化规律。

例如，在某钢轮齿轮接触强度研究中，使用有限元模拟软件分析齿轮强度，考虑两个因素：加载和齿形误差。

结果表明，齿形误差对齿轮强度有显著影响，而错误的安装和调整则会导致更高的齿轮应力。

另外，有限元分析还可以优化齿轮的设计，使其能够承受最大载荷。

4.总结和展望基于有限元法的齿轮强度接触研究分析，在齿轮制造和实际应用中发挥着重要的作用。

随着科技的不断发展和工业应用的需求，这种方法将在更广泛的范围内得到应用。

齿轮的精确建模及其接触应力有限元分析齿轮是机械设备中重要的元件，它们的使用范围十分广泛，在它们的设计和制造中，准确的建模和模拟计算对于确定传动性能和寿命至关重要。

然而，齿轮传动存在不确定性和实际复杂度，传统的理论分析方法难以完全表述齿轮传动的特性，因此不能准确预测传动系统的状态及性能。

随着计算机技术的不断发展，由于有限元分析技术的出现，对齿轮传动性能和寿命的计算变得十分方便。

以精确建模及其接触应力有限元分析为目标，可以精确模拟齿轮传动的接触状态和接触应力，从而更好地表达系统性能、可靠性和可持续性，实现传动性能和精度的优化。

首先，要正确建模齿轮的接触过程，必须完善模型的拓扑结构和几何结构。

若要真实地反映齿轮接触过程，需要建立具有齿轮几何和物理特性的有限元模型，并分析参数要求，建立模型以进行计算。

其次，要准确模拟出齿轮接触过程，必须准确地定义接触点的表面特性；为了获得准确的接触应力分布，必须建立解析模型，采用物理尺度分析参数，综合考虑不同材料的特性，并考虑载荷的特点，以保证模型的准确性和可靠性。

此外，需要考虑齿轮接触过程中的多相现象。

实际情况下，在齿轮接触过程中，热变形和武豆形齿面接触过程会产生润滑膜，需要考虑润滑膜的影响，以获得更准确的模拟结果。

在实际计算中，润滑膜会影响接触应力的分布，因此，精确分析齿轮接触过程中的润滑膜结构及其特性是非常必要的。

此外，有限元法用于齿轮传动性能分析时，也必须考虑轴、轴承、定位器及其他各种传动元件的性能。

轴承等各种元件的设计，会影响齿轮的接触侧的咬合情况，因此也会影响齿轮的接触状态和接触应力。

在完成模型的建立后，就可以使用有限元分析技术，通过不断改变不同的参数和条件，对齿轮传动性能进行精确模拟，并得出合理的结果和结论。

使用该方法，可以分析齿轮传动系统中各种参数和齿轮及其接触表面的特性，比如形象、弯曲度、几何曲线、接触条件等，可以得出齿轮传动的最佳设计参数，提高传动精度和可靠性。

《装备制造技术》２００７年第１２期设计与计算!!!!"!"!!!!"!"收稿日期：２００７－１０－０７作者简介：王宝昆（１９８２—），男，在读硕士研究生，研究方向：机械设计及理论。

斜齿轮的参数化建模及接触有限元分析王宝昆，张以都（北京航空航天大学，北京１０００８３）摘要：在ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ中的实现了渐开线以及螺旋线的设计，建立了斜齿轮的三维参数化模型，并利用ＡｎｓｙｓＷｏｒｋｂｅｎｃｈ对斜齿轮进行了接触应力分析。

关键词：斜齿轮；ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ；ＡＮＳＹＳ；参数化设计；ＦＥＡ中图分类号：ＴＨ１３２．４１３文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２００７）１２－００３７－０２ＵＧ的ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ系统提供了一个基于过程的产品设计环境，但ＵＧ并没有提供专用产品所需要的完整计算机辅助设计与制造功能。

利用ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ语言开发的程序，可以直接完成与ＵＧ的各种交互操作，与ＵＧ系统集成［１］。

ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ整合了ＡＮＳＹＳ各项顶尖产品，可以简单快速地进行各项分析及前后处理操作。

ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ与ＣＡＤ系统的实体及曲面模型具有双向连结，导入ＣＡＤ几何模型成功率高，可大幅降低除错时间且缩短设计与分析流程。

笔者利用ＵＧ／ＮＸ的参数化建模技术和它所提供的二次开发语言模块ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ实现了成斜齿轮三维实体的参数化设计，并运用ＡＮＳＹＳ最新的ＷｏｒｋＢｅｎｃｈ模块实现了ＣＡＤ／ＣＡＥ的无缝集成，对斜齿轮进行啮合过程中接触状态进行了分析。

１渐开线斜齿圆柱齿轮参数化设计１．１编程思路将ＵＧ的三维参数化造型、自由曲面扫描等功能有机结合起来，采用去除材料法生成三维模型。

由于斜齿轮的齿面为渐开螺旋面，故其端面的齿形和垂直于螺旋线方向的法面齿形是不相同的，法面参数和端面参数也不相同。

在ＵＧ／ＯｐｅｎＧｒｉｐ中建模的方法是，画出端面齿形然后通过投影关系获得其法面轮廓线，再画出能表达端面齿顶圆上某一点沿轴向运动的螺旋线轨迹；然后用特征命令扫描出完成斜齿轮的齿坯，通过布尔运算获得单个齿槽，并通过环形阵列最终获得斜齿轮的完整轮齿。

有限元分析在齿轮优化中的应用有限元分析是一种广泛应用于工程领域的数值分析方法，可以帮助工程师在设计和优化过程中进行可靠的预测和分析。

在齿轮设计中，有限元分析成为了一个必不可少的工具，可以帮助工程师快速精确地理解齿轮系统的应力、变形和振动情况，从而进行更好的设计优化。

齿轮系统经常会遭受严重的应力和变形，而这些应力和变形有时会导致系统失效。

通过使用有限元分析，工程师可以在设计阶段得到一个准确的预测，了解齿轮在受到正常和异常负载时的性能。

通过在计算机模型中引入适当的负载、材料和边界条件，可以准确地模拟齿轮系统在不同负载下的应力和变形。

有限元分析还可以帮助工程师寻找齿轮系统中可能存在的振动问题。

这些振动可能会导致齿轮系统的失效，或者是引起噪音和损伤。

通过使用有限元分析，工程师可以识别并解决由网格刚度、耦合效应、材料非线性等因素导致的振动问题。

齿轮系统中的几何形状也会影响其性能。

有限元分析还可以帮助工程师进行形状优化，以提高齿轮系统的效率和减少其失效率。

这种优化可以通过优化齿形状、尺寸和齿轮齿数来实现。

通过建立计算模型，工程师可以进行数字设计评估，快速比较不同设计的效率和性能，并根据优化结果选择最佳的齿轮设计。

在过去，齿轮的设计和测试需要大量时间和实验室工作，而且设计优化可能会遭遇齿轮系统复杂性等一系列困难。

有限元分析为工程师提供了更快、更准确、更可靠的设计方法，简化了齿轮系统的开发流程，并使得齿轮系统的设计变得更自主更高效。

总之，有限元分析在齿轮优化中的应用越来越普遍，它提供的高级数值分析方法帮助工程师快速优化齿轮系统设计，确保齿轮系统在正常和异常负载下的可靠运行，同时减少齿轮系统在设计和生产中的时间和成本。

抱歉，这个问题需要提供更具体的背景和数据信息，否则无法针对性地给出分析。

请提供更多细节和数据信息。

有限元分析在机械领域中的应用很广泛，下面以一个案例为例进行分析。

这个案例是一家重型机械制造公司在设计大型离心机时，遇到的挑战是机身整体结构强度不足，容易导致失效，而传统的试验方法成本过高，需要较长时间。

基于ANSYS的齿轮接触非线性有限元分析XXXX大学（硕、博士）研究生试卷本考试课程名称有限元方法与应用考试考查学科专业机械工程学号XXXXX姓名XXX题目序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 总计评卷教师基于ANSYS的齿轮接触非线性有限元分析摘要：通过研究接触问题有限元基本理论，应用大型有限元分析软件ANSYS对齿轮啮合对进行接触非线性有限元分析。

有限元处理传统解析法无法处理的啮合问题结果比传统计算公式更为准确，且可定量的分析齿轮啮合应变与应力分布情况。

关键词：有限元；ANSYS齿轮；应变；应力Abstract:By studying the basic theory of finite element contact problem, using large-scale finite element analysis software ANSYS to the gear mesh to the contact nonlinear finite element analysis. The finite element mesh of dealing with the traditional analytic method cannot handle problems more accurate results than the traditional calculation formula, and the quantitative analysis of the gear meshing of strain and stress distribution.Key words: finite element; ANSYS gear; strain; stress一、研究背景接触是一种常见的物理现象，它涉及到接触状态的改变，还可能伴随有热、电等过程，因此成为一个复杂的非线性问题。

齿轮啮合就是一种接触行为，传统的齿轮理论分析是建立在弹性力学基础上的，对于齿轮的接触强度计算均以两平行圆柱体对压的赫兹公式为基础，在计算过程中存在许多假设，不能准确反映齿轮啮合过程中的应力以及应变。

齿轮接触的有限元分析庞晓琛1、2，汤文成2（1.江阴职业技术学院机电工程系，江苏江阴114405：2东南大学机械工程学院，江苏南京210009)摘要：通过齿轮接触分析应用实例，分析了齿轮接触应力的分布和最大应力，介绍了CAXA 电子图板齿轮建模和ANSYS接触分析的方法对其中遇到的接触问题进行探讨，对在计算过程中可能影响收敛的因素：处理界面约束方法、摩擦模型、接触刚度、初始接触条件等的选择和模拟提出建议，通过算倒说明了有限元分析在齿轮接触问题上的有效性，为其他类型接触问题的分析提供了参考。

关键词齿轮：有限元分析，ANSYS，接触应力，接触问题，非线性中图分类号．THI32.41，O241.82 文献标识码．A 文章编号．1671-5276(2007)06-0038-03 The Finite Element Analysis of Gear Contact StressPANG Xiao-chen1、2 TANG Wen-cheng2前言齿轮是机械中广泛应用的传动零件之一，它具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长等特点，但从零件失效的情况来看齿轮也是最容易出故障的零件之一，据统计，在各种机械故障中，齿轮失效就占总数的60％以上其中齿面损坏又是齿轮失效的主要原因之一【1】。

为此，人们对齿面强度及其应力分布进行了大量研究。

但是，由于普通齿轮的齿廓一般都为渐开线，齿根的过渡曲线也难以确定所以大多数软件很难对齿轮进行精确建模，这在一定程度上影响了对齿面强度及其应力分布的研究进程。

另外在齿轮的传动过程中，存在着非线’的的接触问题，由于接触问题强烈的非线性特性，使得计算时需要较大的计算资源为了进行更有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。

目前，随着计算机技术的发展，出现了一些优秀的大型软件这为齿轮的精确建模提供了可能，也为对齿轮的深入研究创造了条件。

1传统理论分析齿轮间接触问题【1】传统齿轮接触应力的计算公式是以两圆柱体接触的接触应力公式为基础，结合齿轮的参数导出的，1 881年赫兹(Henz )导出了两弹性圆柱体接触表面最大接触应力的计算公式：其中：F——法向压力，N；L——接触线长度，mm；u1，u2——两圆柱体材料的泊松比；e1，e2——两圆柱体材料的弹性模量，MPa；p——当量曲率半径，mm。

有限元分析法在齿轮设计中的应用————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2- 61 -有限元分析法在齿轮设计中的应用宋国岩摘 要：现代机械零件不仅承受各种复杂机械载荷，还可能工作在热、电、磁、流体的环境中，因此零件设计不仅要考虑机械载荷,还应对其它因素的作用进行计算，本文在介绍了有限元分析软件功能,有限元分析软件的静力、动力分析方法基础上，介绍了如何使用有限元分析软件ANSYS 进行有限元分析,完成齿轮设计的方法。

关键词：有限元分析； 模态； 质量矩阵； 等效应力引言有限元分析方法是随计算机发展起来，在计算数学、计算力学和计算工程科学领域的先进计算方法。

其就是将复杂结构假设离散为有限数目的单元组合体，对复杂结构的物理性用离散法进行分析得出的近似结果来代替复杂计算，解决理论分析无法解决的问题。

有限元分析计算法已广泛应用，并开发出通用和专用软件，如ANSYS 、MSC/NASTRAN 等.有限元软件的前处理器,使用计算机视窗、图形技术和交互式操作方式等，建模效率高，特别是非线性问题的求解能力强.有限元软件的后处理器，用户容易获得和处理数值计算结果，并可利用图形功能进行深层次再加工。

一般有限元分析软件支持工业数据/几何模型交换标准,与CAD 设计系统或CAD/CAE/CAM 互留单向或双向接口。

有限元软件有多种操作系统版本，例如Unix 、Windows/NT 操作系统等，同时支持多种硬件平台。

其中ANSYS 功能强、操作方便、硬件适应性较好，与常用的CAD 软件具有良好接口等优点。

1。

ANSYS 有限元分析软件 1。

1 ANSYS 功能介绍ANSYS 的功能包括：结构分析、结作者简介：宋国岩（1964—)辽宁黑山县人，硕士，教授、高级工程师，两项自治区级科研课题主持人、在国家核心期刊发表多篇论文,从事机械电子工程及实践教学.构非线性分析、热分析、电场分析、压电分析、电磁场分析、耦合场分析、流体流动分析、ANSYS的材料与单元库等。

齿轮动态接触应力有限元分析邹珊【摘要】为研究齿轮啮合过程中齿轮副各部位的应力分布,利用有限元法,对渐开线齿轮在移动荷载作用下的应力情况进行了分析计算,分析中考虑了接触应力和接触面积的关系,并将移动荷载进行了简化.结果发现,有限元计算后,经过数据处理,得到了各接触点的应力时程曲线,显示了齿轮啮合过程中齿周围区域的应力分布状态.因此得出结论:轮齿的应力集中主要位于齿根圆角处.在齿轮啮合过程中,此处最容易发生断裂,这将是齿轮主要的失效形式.由此可见,齿轮副应增强齿根强度,以提高其啮合寿命.【期刊名称】《天津农学院学报》【年(卷),期】2010(017)001【总页数】5页(P21-25)【关键词】动态有限元;非线性分析;齿轮;啮合【作者】邹珊【作者单位】天津农学院,水利工程系,天津,300384【正文语种】中文【中图分类】TH132.417作为最重要的基础传动部件，齿轮被广泛应用于交通机械、冶金、石化、煤炭、水电等多个行业。

齿轮的工作状况和寿命与轮齿的形状、接触力的分布及润滑油的状态有着密切的关系。

弄清齿轮在啮合过程中齿周围区域的应力分布及响应对齿轮设计、寿命估计、强度分析都有重要的意义。

然而，目前的分析大多都是在拟静态弹性工作下进行的，而实际上，这是一个典型的动态接触问题，接触力的分布和润滑油的状况相互耦合作用，影响着齿轮的整体工作状态。

自上世纪70年代初将有限元法应用于轮齿刚度分析以来，已对有限元法进行了许多研究。

1974年，法国的G..Charbert[1]等取齿轮的一个轮齿建模，用二维有限元对齿轮进行了研究。

V. Ramamurti和M. Ananda Rao[2]利用二维有限元和循环对称概念计算了齿根应力随时间的变化。

D. B. Wallace和A. Seireg[3]取齿轮的一个轮齿分别计算了在齿廓的三个节点作用一个脉冲载荷时相应的应力随时间的变化。

M. A. Sahir和BilginKaftanoglu[4]研究了正齿轮的动载荷和齿根应力。

线切割机床两齿轮接触问题的有限元分析摘要：为了提高快走丝线切割机床的加工精度，最大限度的减小齿轮接触应力，本文建立了齿轮接触问题的有限元模型，并定义了单元属性，划分了网格。

通过对接触应力云图和位移云图的分析，得出了如下结论：在齿轮传动中，齿轮对接触应力和位移由于方向不同会发生变化，最大接触应力发生在单齿接触时，位置在节圆附近。

在接触问题的数值模型中，界面约束方法、摩擦模型、接触刚度、初始接触条件都是影响计算结果重要因素。

关键词:接触问题；接触应力；有限元分析1 引言我国的数控高速走丝电火花线切割加工技术自研制成功以来，经过不断完善和发展，现已成为制造业中不可缺少的加工手段。

随着科学技术的发展，对各类产品的制造要求越来越高，对线切割加工技术也提出了更高的要求。

伴随着国内电火花线切割技术的逐步完善，随之而来的种种问题渐渐浮出水面。

齿轮是线切割机床最重要的部件之一，因此，齿轮接触问题对线切割机床加工精度的影响不言而喻。

如何通过技术手段减小齿轮接触应力，找出产生齿轮最大接触应力的位置并采取相应手段减小齿轮的接触应力是当前线切割机床研究的主要课题之一。

本文就两齿轮接触问题进行了研究，通过对两齿轮接触问题的有限元分析，找出了齿轮接触时最大接触应力产生的部位。

2．齿轮接触问题的有限元建模过程（1）定义单元类型：为使所建齿轮模型最大程度上能够反映出齿轮接触问题所产生的结果，查询机械设计相关资料，齿轮部分采用SOLID95单元划分网格，接触部分采用Contact3Dtarget170单元以及Contact3D 8nd surf174单元划分网格。

(2) 定义材料性能参数：相关材料的弹性模量EX为2.2E+005，泊松比PRXY为0.3。

（3）生成传动齿轮对几何模型并划分网格：利用PRO/E模型所提供的相应功能建立每个齿轮的模型，用IGES接口将PRO/E模型导入ANSYS软件中，定义单元属性，材料性能参数后对其进行网格划分。

齿轮系统动⼒学及接触问题摘要齿轮⾮线性接触特性及啮合刚度的研究对于齿轮接触特性的研究，可以采⽤解析法和数值法。

解析法包括材料⼒学计算法和弹性⼒学计算法等，数值法包括接触问题的有限元法和边界元法。

齿轮接触特性计算的解析法把啮合轮齿简化为两圆柱体通过Hertz公式计算接触应⼒及接触变形。

但由于齿轮齿廓曲率半径沿齿⾯变化，加之Hertz公式不能确定齿⾯接触疲劳强度计算中的累积塑性变形，因此其计算结果较为近似往往⽤修正系数(动载系数、齿向载荷分布系数、齿间载荷分配系数等)对接触应⼒进⾏修正。

对于齿轮接触变形的计算公式，G Lundberg、H .Winter、梅泽清彦、寺内喜男等分别采⽤材料⼒学和弹性⼒学⽅法进⾏了推导。

接触问题数值⽅法的研究始于70年代中期，⽽后得到⼴泛应⽤。

0.C. Zienkiewicz、A.Fr ancevilla、N .Okamoto、 J. T. Stadter、T .D .Sachdeva等分别⽤刚度矩阵修正法或间隙单元法研究了⼆维及三维弹性接触问题。

J.Tseng、陈万吉、李润⽅等提出了接触问题有限元混合法。

该⽅法以接触内⼒作为基本未知量，将整个系统总刚度矩阵凝缩到接触边界，形成关于接触内⼒的柔度⽅程，⼤⼤缩短了计算时间。

⽽后，李润⽅、陈万吉、B .C. Lee等将接触问题的表⾯⾮线性和材料⾮线性相藕合。

提出了有摩擦的弹塑性接触有限元混合法。

T.An dersion等提出了⼆维弹性接触问题的边界元法，⽽后逐渐发展到三维接触问题、热弹性问题等。

这些研究成果为齿轮接触特性的数值分析提供了理论基础。

S. M. Vijayakar⽤弹性接触有限元法研究了斜齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆的接触应⼒。

李润⽅等对轮齿接触特性作了深⼊的研究考虑了轮齿的弹塑性变形、齿⾯摩擦、本体温度等的影响，并对轮齿啮合过程作分析，给出了最佳齿廓修形曲线等重要结论。

C.Gosselin等⽤有限元法分析了直齿轮和锥齿轮接触区的位移和应⼒，并与解析解进⾏了⽐较，两者相差20%以上。

有限元分析法在齿轮设计中的应用摘要：本文利用有限元分析，显示出齿轮的应力分布情况，找出应力集中点，形成对齿轮分析的一整套方法，对新齿轮的设计提供理论依据。

由于齿轮在传递动力时，轮齿处于悬臂状态，在齿根产生弯曲应力和其他应力，并有较大的应力集中，因而易造成轮齿折断，本文所选的齿轮为输入轴端的大齿轮。

关键词：有限元分析法；齿轮设计；应用1、前言现代机械零件不仅承受各种复杂机械载荷，还可能工作在热、电、磁、流体的环境中，因此零件设计不仅要考虑机械载荷，还应对其他因素的作用进行计算，有限元软件的后处理器，用户容易获得和处理数值计算结果，并可利用图形功能进行深层次再加工。

2、创建有限元模型齿轮轮齿断裂现象在机械传动设备中是一种最为常见的齿轮损伤形式，也是造成齿轮失效的主要原因。

按照轮齿断裂的原因和断口性质可以分为过载断裂、轮齿剪断、塑变后断齿和疲劳断齿。

最常见的是疲劳断齿和过载断裂两种形式。

轮齿在长期受到过高的交变应力重复作用下，在轮齿的根部弯曲应力较大且应力相对集中的部位会产生疲劳裂纹（疲劳源），随着重复载荷作用的次数增多，原始的疲劳裂纹不断扩展，当齿根剩余截面上的应力超过其极限应力时，轮齿就会因过载最终导致疲劳断齿。

过载断齿是当实际载荷大大超过设计载荷，或因轮齿接触不良，载荷严重集中，使轮齿的应力超过其极限应力，在使用不太长的时间内产生轮齿整个或局部断裂。

某带式输送机传动装置为二级齿轮减速器，下面以高速级齿轮设计为例来说明齿轮传动的设计。

其输入功率P＝10kW，输入转速n1＝960r/min，选择高速级齿数比u＝3.2、斜齿圆柱齿轮传动、7级精度。

其中小齿轮材料为40Cr，调质处理，齿面度280HBS；大齿轮材料为45钢，调质处理，齿面硬度240HBS。

按常规设计方法设计，最终设计出的高速级齿轮的参数为：Z1＝31，Z2＝99，Mn＝2mm，螺旋角β＝14°02′5″，齿宽B1＝70mm、B2＝65mm，中心距134mm。