复合材料齿轮的ANSYS有限元分析：键槽影响与应力分布

"这篇论文是2012年由王翔、黄威和李进发表在《武汉大学学报（理学版）》第58卷第3期的一篇自然科学论文，受到国家自然科学基金的资助。文章主要研究了如何通过ANSYS进行复合材料齿轮的有限元分析，以提高其承载能力。作者利用Pro/E软件进行直齿圆柱齿轮的参数化建模，并将模型导入ANSYS，用模压成型法制备了短切玻璃纤维增强的酚醛环氧复合材料板，以此为基础进行力学性能分析。研究重点探讨了键槽与啮合轮齿相对位置对齿轮应力分布的影响，以及应力与载荷的关系。通过静态力学分析，为复合材料齿轮的优化设计提供了实用方法。" 这篇论文深入探讨了复合材料齿轮的设计和分析过程，其中涉及的关键知识点包括： 1. **参数化建模**：使用Pro/E软件进行直齿圆柱齿轮的参数化建模，这是一种高效的设计方法，允许工程师根据特定需求调整参数，快速生成不同规格的齿轮模型。 2. **复合材料**：选择短切玻璃纤维增强的酚醛环氧复合材料作为齿轮材料，这种复合材料结合了玻璃纤维的高强度和环氧树脂的耐化学性，能够提高齿轮的承载能力和耐久性。 3. **模压成型工艺**：通过模压成型法制备复合材料板，该工艺可以确保材料均匀分布，降低缺陷，提高部件的整体性能。 4. **有限元分析(FEA)**：利用ANSYS这一强大的有限元软件，对复合材料齿轮在受载情况下的应力分布进行了模拟。FEA是一种数值计算方法，用于解决复杂的工程问题，特别是在结构力学中的应用，能精确预测物体在受力状态下的变形、应力和应变。 5. **应力分布分析**：研究发现，键槽与啮合轮齿的位置关系直接影响齿轮的应力分布。此外，齿顶和齿根的压缩应力与输入载荷呈现线性关系，而齿根的拉伸应力与载荷的关系曲线则表现出平台区，这揭示了载荷与应力之间的非线性特性。 6. **静力学分析**：通过静力学分析，可以了解齿轮在静态载荷下的稳定性，为设计优化提供依据，比如确定最佳的材料分布、结构形状和尺寸等。 7. **应用价值**：这项研究的成果不仅加深了对复合材料齿轮应力行为的理解，还提供了一种实用的分析工具，对于提升复合材料齿轮的工程应用具有重要意义，有助于未来设计出更高效、更耐用的复合材料齿轮。