轴系零件的设计效率直接影响机械产品的设计效率，其强度直接影响机械传动系的寿命。本文对某大型船用绞车传动机构减速机斜齿轮轴的受力情况与强度校核进行理论分析，并利用CATIA 建立斜齿轮轴三维模型，通过有限元分析软件ANSYS Workbench 对齿轮轴进行静力分析，得到应力与应变分布云图，以达到强度校核的目的。轴的转矩是经过与轴装配在一起的齿轮传递的。分析轴强度时，考虑力在齿轮上的传递更具有实际意义。斜齿轮有传动工作平稳、承载能力强、噪声和冲击较小的特点，适用于高速、大功率的齿轮传动，使用比直齿轮更加广泛。直齿轮可看做节圆螺旋角为零的特殊斜齿轮，因此本文的分析方法也适用于直齿轮轴。
1 齿轮轴受力情况的理论分析1.1 斜齿轮的受力分析
斜齿轮模型参数：模数m=10，齿数z=20，分度圆半径r=mz/2=100mm，齿顶圆半径r k =r+m=110m，齿根圆半径r f =r-1.25m=87.5mm，节圆螺旋角β=10°，法相压力角αn =20°，尺厚为50mm。
图1为斜齿圆柱齿轮传动的受力情况。当主动齿轮上作用转矩T 1时，若接触面的摩擦力忽略不计，由于齿轮倾斜，在切于基圆柱的啮合平面内，垂直于齿面的法向平面作用有法向力F n
，法向压力角为αn 。
1 斜齿轮受力分析图
F γ、圆周力F t 和轴向力F α三个互
m
Z d =，圆周力1d F α=F t tan β，径向力为t F tan F cos n γ
αβ
=，而法
t
F 。
1.2 齿轮轴的受力分析
转轴同时承受扭矩和弯矩，必须按弯曲和扭转组合强度进行计算。完成轴的结构设计后，作用在轴上外载荷（扭矩和弯矩）的大小、方向、作用点、载荷种类及支点反力等就已确定，可按弯扭合成的理论进行轴危险截面的强度校核。进行强度计算时，通常把轴当作置于铰链支座上的梁，作用于轴上零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的中点。支点反力的作用点一般可近似取在轴承宽度的中点上。将扭矩按照斜齿轮受力情况分解为分
度圆法相、切向力及轴向力，画出齿轮轴的空间力系图如 图2所示。
图2 齿轮轴的空间力系图
（1）轴的支反力水平支反力：
2112t NH F L F L L =+ （1）1212
t NH F L F L L =
+ （2）
垂直支反力：
2112
/2NV F L F d F γα+=
+ （3）
摘 要：本文对某大型船用绞车上使用的斜齿轮轴的受力情况与强度校核进行了理论分析，并利用CATIA 建立斜齿轮轴三维模型，通过有限元分析软件ANSYS Workbench 对齿轮轴进行静力分析，得到应力与应变分布云图，以达到强度校核的目的。该分析方法缩短了轴类零件设计时间，对轴类零件设计具有指导作用。
关键词：斜齿轮轴 有限元 静力分析
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