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| 有限元分析 |
齿轮传动的有限元分析，必须要建立精确的实体模型，对模型进行合理的有限元参数设置，才能保证计算的准确性。 目前常用的建模方法是根据齿轮啮合原理和借助三维软件设计齿轮副创建模型，有限元分析时要对参数设置进行多次调整，不仅需要良好的专业基础和熟练的软件技能，而且费力费时。
GearTeq软件是一种先进的渐开线齿轮可视化设计和驱动模型的创建工具，能够创建多种类型的齿轮和齿轮副，创建的齿轮模型具有很高的齿廓形状和啮合位置精度，通过改变设计参数能够快速生成不同参数的齿轮或装配体。GearTeq、Solidworks和Simulation软件联合应用，可以实现建模和有限元分析工作的一体化和无缝链接，提高设计效率，保证建模和分析工作的精确性，特别适用于系列化模型的分析工作。本文以外齿轮和外齿轮副为例，将有限元与齿轮国标计算数据进行比较， 结果表明，齿轮副模型的齿根拉伸应力明显小于国标计算数据。
在GearTeq的Insert New Component菜单中选择New Spur or Helical Gear选项，打开对话框，单击Accept按钮即可创建1个直齿外齿轮。重复相同步骤，创建另一个直齿外齿轮。程序自动将2个齿轮设置为啮合状态，形成齿轮副。然后根据需要修改齿轮参数，例如齿数、模数、齿宽、螺旋角等，软件生成与相关参数匹配的齿轮实体驱动模型。
GearTeq创建的是实体驱动模型，必须通过驱动Solidworks才能够创建实体模型。打开Solidworks软件，然后从GearTeq的CAD菜单中选择CreateCAD Models and Assembly，打开对话框，如果创建单个齿轮，选中Create active model only单选钮；如果创建齿轮副，选中Create component models and assembly单选钮。最后单击Create in Soliworks按钮，即可在Solidworks中创建出齿轮或齿轮副的实体模型。
在Solidworks软件中打开Simulation软件，创建一个静应力分析有限元分析算例，完成以下设置工作：
（1）材料设置
设置齿轮的材料，例如为合金钢。
（2）载荷设置
进入草图模式，选择齿轮的侧面为绘图平面，通过轮齿的齿顶绘制渐开线的法线和齿顶圆压力角，然后将法向力沿法线方向施加在齿顶上，如图1所示。
（3）约束设置
将齿轮内孔设置为固定约束。
（4）网格设置
为减少计算量和时间，齿体和不受力的轮齿采用稀疏网格，受力轮齿及相邻轮齿采用精细网格，如图2所示。方法是：首先使用网格控制的单元大小选项设置精细网格的尺寸，然后再采用生成网格选项生成网格。计算表明，随着单元大小尺寸的减小，齿根拉伸应力具有收敛性，单元大小为0.1 mm和0.05 mm时，计算数据已经相等。
GearTeq软件通过驱动Solidworks软件创建的齿轮副通常不在需要的啮合位置，为调整啮合位置，首先要利用装配体的配合功能完成相关设置，保证齿轮不发生随意偏移和错位，方法如下：
（1）利用重合选项保证2个齿轮的侧面位于同一平面上；
（2）利用距离选项保证2个齿轮的中心距不变；
（3）利用机械配合的齿轮选项，从齿轮副模型中选择2个齿轮的节圆直径，保证齿轮的啮合关系；
（4）利用同轴心选项保证外齿轮的内孔与其轴心同轴心。进入草图模式，选择齿轮的侧面为绘图平面，在2个齿轮的轴心处分别绘制点。退出草图模式，以各自的点为轴心分别完成2个齿轮的设置工作。如果与软件的缺省设置发生冲突，删除齿轮与前视图重合选项；
（5）进入草图模式，绘制出齿轮副的啮合线，如图3所示。然后就可以转动齿轮到需要的啮合位置，例如齿顶啮合位置。
