材料（34CrAlNi7-10）属性以及该材料的S-N曲线，对齿轮疲劳寿命进行分析，获取齿轮在此工况下的寿命，对齿轮的寿命有合理的预测。
关键词 三维造型软件Pro/ENGINEER;斜齿圆柱齿轮参数;ANSYS Workbench
1 过程及方法
1.1 在Pro/ENGINEER中创建参数化齿轮
利用Pro/ENGINEER中的方程曲线、关系及阵列等功能，创建了渐开线斜齿圆柱齿轮参数化三维实体模型，同时将一对齿轮啮合装配，生成一对啮合的渐开线斜齿圆柱齿轮。
1.2 斜齿圆柱齿轮有限元分析环境
ANSYS Workbench基于比较成熟的有限元分析软件ANSYS的基础上研发的。利用ANSYS Workbench与CAD的数据接口将Pro/ENGINEER中创建的一对啮合齿轮导入到ANSYS Workbench，并且在ANSYS Workbench中建立静态结构分析的项目示意图。
1.3 斜齿圆柱齿轮静力学分析
（1）定义齿轮的材料属性及划分网格
在静力学分析之前，定义主动齿轮和从动齿轮的材料均为34CrAlNi7-10，材料属性如表一所示。配合好的齿轮导入ANSYS Workbench在其啮合处会自动为其添加接触，我们设置为绑定接触，如图1所示。
在ANSYS Workbench中划分网格是能够自动进行的，我们对啮合的齿轮先采用自动划分网格，然后对啮合的吃面用Refinement和size功能進行细化。啮合过程中受力最明显的点是在啮合面上，所以对啮合面细化网格可以提高啮合面处的计算精度。网格模型如图二所示。
（2）添加约束条件和施加载荷
在ANSYS Workbench仿真环境中，给主动轮和从动轮施加标准的地球重力;由于主动齿轮围绕其中心轴旋转，完成与从动齿轮的啮合，故它围绕中心轴的切线方向应设置为自由的，可在主动齿轮中心施加“Cylindrical Support”（圆柱约束），并将“Tangential”（切向）设置为“Free”（自由）;在从动轮的中心施加“Fixed Support”（固定约束）;再在主动齿轮的轮轴上加载大小为2700Nm的力矩，从动轮在阻力矩的作用下平衡，对主动轮产生一个反力矩。各个约束与力如图3所示。
（3）求解计算
啮合齿轮的静态等效应力如图四所示。
1.4斜齿圆柱齿轮接触疲劳寿命分析
对于等幅循环载荷，可以利用材料的S-N曲线来估算零部件在一定应力水平下的疲劳寿命。本文中对齿轮瞬时的静力学分析，假设其为脉动循环载荷。
（1）我们可以查得，34CrAlNi7-10的接触疲劳强度的S-N曲线满足以下方程：
式中 N——某应力水平下材料破坏时的循环次数
S——加载的应力水平
由斜齿轮的等效应力分布图可以获得最大的接触应力为1197.6MPa，计算得
由于主动齿轮有44个轮齿，转速为1500r/min，每天工作24小时，全年开机，则主动齿轮每年的循环次数为
故齿轮的接触疲劳寿命为
（2）我们可以查得，20CrMnTi的弯曲疲劳强度的S-N曲线满足以下方程：
式中 N——某应力水平下材料破坏时的循环次数
S——加载的应力水平
由等效应力图分析知道，齿轮的弯曲疲劳破坏一般发生在从动齿轮，由从动齿轮齿根处的等效应力分布可知弯曲应力约为400Mpa，计算得
则齿的弯曲疲劳轮寿命为
综上所述，对于接触疲劳强度计算，由于点蚀破坏发生后只引起噪声、振动增大，并不立即导致不能继续工作的后果，但对于弯曲疲劳强度来说，如果一旦发生断齿，就会引起严重的事故，故可以取齿轮的寿命为
利用ANSYSWorkbench中的“Faigut tool”可以分析齿轮的疲劳寿命，其安全系数分布情况如图5所示。
此结果可以为齿轮强度及预测齿轮寿命提供可靠的依据。