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现代机械2011年第6期
有限元分析在齿轮优化中的应用
蒋宏春
（华北电力大学，河北保定071003）
摘要：首先使用Pro/E建立齿轮的参数化模型；之后按传统公式设计出齿轮的参数，生成齿轮模型；然后将齿轮模型导入到ANSYS进行有限元分析，获得精确的齿根弯曲应力；最后对齿轮参数进行更改，重新获取应力并验证强度。通过实例
证明，采用传统设计和有限元分析相结合的方法来对齿轮参数进行优化是一种行之有效的方法关键调：Pro/EANSYS齿轮参数优化
中图分类号：TG86
文章编号：10026886(2011)06002804
文献标识码：A：
Gear Parameters Optimization by Pro/E and ANSYS
JIANG Hongchun
Abstract : First of all, the parameters of gear are designed by the traditional method. Then the model is generated and imported into ANSYS, and the: accurate gear root stress is got. In the enl, the parameters of the gear are changed and the new stress is got. In the thesis, the case proved that it is a feasible way to optimize: the gear parameters by combining the traditional method and finite ele-ment analysis.
Key words: Pro/E; ANSYS;gear parameter;optimization
有限元分析是用较简单的间题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的)近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到间题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为--种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法"。
齿轮传动是最重要的机械传动之--，齿轮零件具有传动效率高、传动比稳定、结构紧凑等优点，应用广泛，传统的齿轮传动的设计公式存在多种缺陷。因此通过有限元方法分析确切的齿轮齿根弯曲应力，进一步对齿轮参数进行优化具有重要的实际意义。
齿轮优化设计的主要思路 1
传统的齿轮设计方法是按齿根弯曲应力和齿面接触应力的公式实现，存在许多问题：在齿根考曲应力计算中，虽然分别引人肉形系数、应力集中系数来修正由于轮齿截面形状和齿根过渡曲线圆角造成的应力集中对轮齿根应力的影响.但计算上仍带有很大的近似性；30°切线法确
定的危险截面具有不精确性；由于悬臂梁是指截面尺寸相对于梁的长度小得多的情况，而齿高相对于轮齿截面来说很短，大大超出材料力学横力弯曲计算的梁的假设范围：齿根弯曲应力计算中忽略了由载荷F的水平分量F、= Feosα.所产生的剪应力和载荷垂直分量F、=Fsinα，所产生的压应力的影响(α为齿顶压力角）。
为了弥补上述不足，本文提出通过传统设计公式与有限元分析方法相结合的方式来实现齿轮参数的优化设计，并通过一个开式直齿圆柱齿轮传动的实例进行了验证。首先使用Pro/E建立齿轮的参数化模型.以减少在齿轮参数改变时建模的工作量；之后使用齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度的设计公式设计出齿轮的各参数，生成齿轮模型；再将齿轮模型导人到ANSYS进行有限元分析，获得精确的齿根弯曲应力；最后对齿轮参数进行更改，重新获取应力并验证强度，以确保满足强度准则为原则对
齿轮参数进行优化。 2参数化建模
参数化建模是近年来发展迅速的一种先进造型技术，可使建模效率得到很大提高、其核心思想是：利用多组参数驱动零部件的特征尺寸和位置尺寸以完成零部件的三维建模，通过对参数的不同赋值实现对三维模型的重建或修改。有多种软件都可以实现参数化建模，P/E 是被广泛使用的CAD优秀软件，作为新-·代的产品造型