基于SolidWorks Simulation对齿轮油泵齿轮轴的疲劳分析

　　前言

　　目前，设计产品需要通过工程分析，产品的使用寿命可以提前获知，进而分析软件成为产品设计时不可或缺的一部分。例如齿轮油泵的轴、齿轮等都是在交变应力下工作的，机件在变动载荷下经过一定的循环次数以后容易产生疲劳破坏。通常情况下，产品在使用一段时间后才会被发现隐患，如果设计人员在产品设计阶段利用有效的分析软件预测产品寿命，就会避免事故的产生，这些分析数据显得非常必要。齿轮轴是齿轮油泵中极其重要的零件，为了提高其可靠性，必须对其进行疲劳分析。针对所研究的项目，与相关企业密切联系，通过企业调研和资料收集，结合已有的研究案例，为课题的完成获得需要的第一手资料，形成本课题初期阶段工作，按照课题研究的方向制定研究框架体系，确保分析研究过程的客观性和科学性。

　　在拖拉机等机械设备中，齿轮油泵是发生故障（渐发性故障）较多的元件之一。在交变载荷的作用，经过一定的循环次数后容易产生疲劳破坏。本研究基于 Simulation软件对齿轮轴进行疲劳分析，预测齿轮轴的疲劳寿命并改进结构，实现优化设计。 Simulation插件是与完全集成的设计分析系统，是一款基于有限元（即FEA数值）技术的设计分析软件， Simulation插件能完成针对用户的设计方案，能直接在三维建模界面里完成设计方案的分析工作，为用户得到高质量分析结果，同时满足高端用户在简单的FEA软件中实现完全的分析控制的需求。中的Simulation插件一般包括前处理，求解和后处理三个部分，操作时即为以下六个部分：几何模型的建立、定义材料属性、加载、网格的划分、求解和结果分析。

　　1 静态分析

　　1.1 建立几何模型

　　建立某齿轮油泵三维模型，如图1所示。在分析过程中发现，齿轮油泵的失效形式有多种，其中齿轮轴的变形和裂纹对齿轮油泵带来的影响较大，而齿轮轴是传递扭矩的核心构件，如图2所示。齿轮轴上布置有退刀槽、齿轮、键槽等多种结构，在整个泵体中相对比较复杂，出现故障的概率比较大，本研究将对齿轮油泵的齿轮轴作为主要易损件进行分析研究。

　　图1 齿轮油泵三维模型

　　图2 齿轮轴

　　1.2 静态有限元分析

　　1.2.1 静态有限元基本理论

　　（1）单轴应力分析。即建立寿命模型：

　　公式1 寿命模型公式