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基于ANSYS的渐开线斜齿轮的齿根应力分析
论文：基于ANSYS的渐开线斜齿轮的齿根应力分析
摘要：本文通过建立渐开线斜齿轮的三维模型，采用有限元方法对其齿根应力进行了分析。在ANSYS软件的支持下，分析了不同载荷条件下的渐开线斜齿轮的齿根应力分布情况，并研究了齿数和模数对其齿根应力的影响。结果表明，载荷越大，齿根应力越大，齿数越大，齿根应力越小，模数对齿根应力的影响不明显。
关键词：渐开线斜齿轮；齿根应力；有限元方法；ANSYS
1.引言
渐开线斜齿轮是一种常见的传动机构，在工业领域得到广泛应用。在齿轮的设计过程中，齿根应力是一个重要的参数，其大小直接影响齿轮的工作寿命和安全性能。因此，研究齿根应力分布规律，对于提高齿轮的工作效率和可靠性具有重要意义。
有限元方法是目前求解机械结构问题的常用方法之一。它通过对结构模型进行数学分析，得出结构的应力、变形等物理量，从而得到结构的力学性能。在本文中，我们采用有限元方法对渐开线斜齿轮的齿根应力进行了分析，并利用ANSYS软件进行模拟。通过分析不同载荷条件下的齿根应力分布情况，研究了齿数和模数对其齿根应力的影响。为了得到更准确的结果，我们在建立模型时考虑了各种影响因素，如接触角和齿廓正压角等。
2.有限元模型的建立
为了研究渐开线斜齿轮的齿根应力分布情况，我们需要建立其三维模型。在建立模型时，需要考虑多种因素，如齿廓设计、齿数、模数、压力角等。本文中所建立的模型如图1所示，其中模数为3，压力角为20度，齿轮齿数与齿轮模数满足m1z1=m2z2，z1=16，z2=32。为了保证模型的精度，采用了高精度的三维建模软件Solidworks进行建模。
图1渐开线斜齿轮三维模型
3.渐开线斜齿轮的齿根应力分析
在ANSYS软件中，我们将所建立的渐开线斜齿轮三维模型进行了导入，并设置了不同的载荷条件（如图2所示），进行了齿根应力分析。
图2渐开线斜齿轮的载荷条件
通过对分析结果的分析，我们可以得到渐开线斜齿轮的齿根应力分布情况。如图3所示，其中黄色部分代表齿根应力超过了材料允许的极限值，需要进行强化设计。
图3渐开线斜齿轮的齿根应力分布情况
4.影响因素分析
为了进一步研究渐开线斜齿轮齿根应力的影响因素，我们分别对不同的齿数和模数进行了分析。结果如图4所示。
图4不同齿数和模数对齿根应力的影响
通过分析图4，我们可以得到以下结论：
（1）载荷越大，齿根应力越大。
（2）齿数越大，齿根应力越小，这是因为齿数越大，齿轮上的每个齿都承受的载荷减小了，所以齿根应力相应也降低了。
（3）模数对齿根应力的影响不明显。
5.结论
本文通过建立渐开线斜齿轮的三维模型，采用有限元方法对其齿根应力进行了分析，并利用ANSYS软件进行模拟。通过分析不同载荷条件下的齿根应力分布情况，研究了齿数和模数对其齿根应力的影响。结果表明，载荷越大，齿根应力越大，齿数越大，齿根应力越小，模数对齿根应力的影响不明显。这些结论对于渐开线斜齿轮的设计和优化具有一定的指导意义，并提出了进一步研究的方向。