基于SolidWorks直齿圆锥齿轮参数化设计及有限元分析

   2  COSMOS/Works进行有限元分析
   
    2.1  COSMOS/Works介绍
   
    基于SolidWorks下的COSMOS/ Works是一个面向广大工程设计人员的有限元分析软件，通过在SolidWorks三维设计软件下建模无需格式转换只要存盘就可以进行分析。COSMOS/Works提供了5种分析方法:静力分析、频率分析(结构模态分析)、扭曲分析、热分析及优化设计分析。COSMOS/Works对于静力分析提供了3种求解方法:Direct Sparse,FFE和FFEPIus。一般说来，3种求解方法对同一问题的求解结果基本相似，但在选择时应注意以下几点:对于大型和特大型问题(自由度大于3x10的5次方个)应优先使用FFE. PIus求解方法;对于小型和中型问题(自由度1x10的5次方~3x10的5次方个)应优先使用Direct Spars或FFE求解方法，本文的分析采用FFE求解方法。
   
    2. 2直齿锥齿轮的基本参数
   
    假设齿数z=19，大端模数m =4分度圆直径d=76mm齿轮宽b=18mm分锥角δl=31. 54为传递扭矩T=2000N·M，按照《机械设计》锥齿轮受力计算可得:圆周力Ft=61162N径向力Fr=18980N轴向力Fa=10931N。齿轮材料为45钢(调质)，弹性模量2.1x10的6次方MP;泊松比0.27。
   
    2. 3选择材料、施加约束、划分网格
   
    进人COSMOS/Works模块，选择材料-应用材料到所有-自库文件-所选材料-确定。网格划分是有限元分析的关键，COSMOS/Works2006提供4种网格划分算法:实体网格、使用中面的外壳网格、使用曲面的外壳网格和混合网格。本事例选择实体网格单元进行离散，离散后共有节点总数14703，单元总数87990载荷按上面计算结果施加，约束加在轴孔处。网格划分结果和应力分析应力云图如图5、图6。
 

   
    从分析报告说明最大应力位于10061节点处其值3.914 x 10的10次方kg/cm的平方为383 MP;最大合位移位于11103节点处其值为0.32mm.显然已超过材料的屈服应力2.914 x 10的3次方kg/cm的平方。同时，同时查表可知所选材料的许用应力38D MP故设计不合理，这与实际应用m=6设计也是一致的。通过彩色云图显示应力和应变的分布，以不同的颜色表示不同范围的应力值。形象逼真地表现了齿轮内部的应力应变分布情况。清楚看出小端齿根处应力集中、齿顶处变形大。
   
    3结论
   
    通过研究可以得到以下结论。
   
    (1)利用SolidWorks软件建立了渐开线直齿圆锥齿轮的参数化设计模型，利用该程序可以方便生成齿轮模型，为模拟装配、动画演示、有限元分析奠定基础。
   
    (2)对于直齿圆锥齿轮设计人员在设计阶段就能了解到零件每一点的应力、应变及位移，同时可方便地对结构进行反复修改，以达到设计优化的目的。在保证结构安全可靠运行的条件下，提高设计制造的效率，降低制造成本。
   
    (3)综合地利用三维软件全部功能是当前设计的大势所趋。