4.1建立一個靜態(tài)分析項目
   
    在"COSMOSWorks管理程序"里，右鍵單擊"齒輪"圖標，在彈出的菜單中選擇"算例"，"網格類型"選擇為"實體網格"，"類型"選擇為"static(靜態(tài))"，單擊"確定"按鈕完成算例項目的創(chuàng)建。
   
    4.2 定義齒輪材料
   
    單擊"應用材料到所選零部件"圖標，彈出的"材料"屬性管理器，在"選擇材料來源"欄中選擇"自定義"，根據(jù)表2輸入各項參數(shù)，"模型類型"選擇為"線性彈性同向性"。
   

    4.3定義約束
   
    單擊"約束"圖標，彈出的"約束"屬性管理器，選擇約束"類型"為"固定"，選擇圖2中的齒輪鍵槽面為約束面。
   
    4.4施加栽荷
   
    為了在齒頂上施加嚙合力，需在齒輪實體上建立一個過齒頂線且與基圓相切的基準面，然后單擊"載荷"圖標，彈出"力"屬性管理器，在"類型"上選擇"應用力、力矩"，在"力的面、邊線、頂點"上選擇齒頂線，在"方向的面、邊線、基準面、基準軸"中選擇上述基準面，在"沿基準面方向1"中設置力的大小為1882．41N(法向力大小計算見4．2節(jié))，在"沿基準面方向2"和"沿基準面方向3"中不設置力的大小，單擊"確定"按鈕，完成載荷施加。
   
    4．5劃分網格
   
    單擊"網格"圖標，彈出的"網格"屬性管理器。COSMOSWorks可根據(jù)零件情況自動劃分網格的形狀及大小，這里采用四面體單元格，網格大小為8．36mm，誤差為0．418mm，共劃分33788個單元格，54383個節(jié)點。
   
    4.6分析計算
   
    以上參數(shù)設置完成后，單擊"運行"圖標，系統(tǒng)開始分析計算并彈出運行進展顯示框。由于COSMOSWorks采用獨有的快速有限元技術(FFE)和精確計算技術，其分析計算的速度比較快。靜態(tài)分析運行成功后，COSMOSWorks將在管理器中生成"結果"文件夾，含有"應力"、"位移"、"應變"和"變形"等圖標。
   
    4.7結果顯示
   
    輪齒應力分布云圖如圖4所示，圖形的顏色變化反映了齒輪內部應力的分布情況。從圖中可以看出，最大應力發(fā)生在輪齒受拉側的齒根處，為97．2N／mm2；而在輪齒的另一側，齒根處受壓，最大壓應力為-22．6N／mm2，顯然遠小于拉應力，故輪齒受拉側先產生疲勞裂紋。
   

    5齒根彎曲應力的理論計算
   
    5.1齒輪工作轉矩的計算
   
    由于齒輪傳遞功率P=4kW，n1=960r／min，則齒輪工作轉矩T1為：T1=9550000P/n1
   
    將已知數(shù)據(jù)代入式(2)求出T1=39800N·mm。
   
    5．2齒輪嚙合時法向力R的計算
   
    根據(jù)齒輪傳動的平穩(wěn)性可知，齒輪在嚙合過程中，法向力R的大小與方向不變，因而輪齒在齒頂處的法向力可由節(jié)點處的法向力求出。
   
    Fn=2T1/d1cosa(3)
   
    式中：a為分度圓壓力角。將T1和已知條件代入式(3)，得Fn=1882．41N。
   
    5．3驗算輪齒彎曲應力及討論
   
    查表得Yp=3．75(Z=90，x=0)，ψd=1，為了與COSMOSWorks仿真條件相同，這里不考慮載荷集中和動載荷的影響，即Kβ=1，Kv=1代入式(1)得齒根處最大彎曲應力σF=98．3N／mm2。而COSMOSWorks的仿真值為97.2N／mm2，誤差為1.1％。這說明：①仿真結果是正確的；②在齒根彎曲應力的理論計算中，將輪齒假設為懸臂梁，采用300近似法確定齒根處的危險截面是合理的，完全滿足機械設計的要求；③由于理論值略大于仿真值，因此理論計算是略偏于安全的。
   
    上述計算與仿真都是假設全部載荷由一對輪齒來承擔，即重疊系數(shù)εa=1，根據(jù)重疊系數(shù)計算公式
    

    可知，實際重疊系數(shù)占εa=1.75，這表明，在輪齒轉過一個基圓齒距的時間里，兩對輪齒同時嚙合的時間占75％，此時齒根處的最大應力為48.6N／mm2，即97.2/2N／mm2；而一對輪齒嚙合的時間占25％，此時齒根處的最大應力為97．2N／mm2，因此在輪齒嚙合過程中，齒根處最大應力達97．2N／mm2只占整個嚙合時間的1／4。
   
    6結論
   
    通過齒根彎曲應力的有限元分析，為齒輪的強度設計提供了參考依據(jù)，也對齒輪的進一步優(yōu)化設計提供重要的指導意義。由于COSMOSWorks具有操作簡單，運算速度快和計算精度高等優(yōu)點，而且分析的模型與結果與SolidWorks共享一個數(shù)據(jù)庫，從CAD到CAE無需進行轉換，因此在機械零件的設計中有著廣泛的應用前景，也是機械設計人員必備的技能之一。