核心分析内容
关于齿轮的设计与分析，我们深入其内部的应力分布特性、疲劳寿命预测、非线性接触分析等方面，为工程设计提供坚实的理论基础。
一、应力分布特性
在齿根过渡圆角处，应力集中现象尤为显著。通过调整螺旋角，我们可以有效降低最大等效应力。例如，当螺旋角从15°增至25°时，最大等效应力可下降12.7%。但同时需注意，这种调整会扩大接触应力分布范围。静态应力分布验证固然重要，但动态应力分布同样不可忽视。在动态分析中，转速波动（±5%额定转速）导致的应力波动幅度（典型值8-12%）也需纳入考虑范畴。
二、疲劳寿命预测
传统的Miner法预测结果相对保守，误差可能达到40%-60%。为提高预测精度，我们可以结合临界平面法与残余应力场进行修正，将误差控制在±12%以内。表面粗糙度参数Ra对疲劳强度的影响也不可忽视，需对其进行修正。
三、非线性接触分析
在进行接触分析时，确保接触算法参数设置得当至关重要。法向刚度应设置在1e5-1e6 N/mm范围内，摩擦系数则控制在0.05-0.15（ASTM G115-10）。若接触斑尺寸偏差超过15%，则必须重新校核网格划分策略。
标准化分析流程
为确保分析的准确性，我们遵循一系列标准化流程：
1. 几何建模：基于实际设计参数构建模型，确保齿形误差在±0.005 mm内（GB/T 3480.5-2023）。对于复杂齿轮副，需通过布尔运算精确处理接触区域，并区分直齿、斜齿、人字齿的类型及修形参数。
2. 网格划分策略：接触区域应采用六面体单元加密，齿面网格尺寸不超过0.3 mm。在齿根圆角处，需进行至少3层边界层划分。考虑到单元尺寸对应力计算的影响，推荐关键区域的单元尺寸在0.8mm以下。
3. 边界条件设置：施加适当的边界条件，如主动轮扭矩（50-5000 N·m）和从动轮的约束径向自由度。同时考虑启动冲击系数（1.2-1.5倍额定载荷）。固定约束施加位置偏差需严格控制，以避免接触应力计算值虚高。
关键参数设定
部分关键参数及其标准要求和典型设置如下：
材料属性：弹性模量210 GPa，泊松比0.3。以18CrNiMo7-6钢为例，其屈服强度应≥850 MPa。
接触应力限值：按照ISO 6336-2023标准，应≤1200 MPa。在实际的风电齿轮箱中，接触应力典型值为1200-1500 MPa。
安全系数：根据GB/T 3480-2023标准，应≥1.3。汽车变速箱齿轮经过优化后，安全系数提升，寿命也相应延长了3.2倍。
工程应用价值
在工程实践中，这些内容的应用价值主要体现在以下几个方面：
1. 精度提升：通过有限元法，我们可以将齿轮强度校核误差降低至40%-60%，并将接触应力误差严格控制在5%以内。优化齿根圆角半径甚至可以使应力峰值骤降27%，从而提高批量生产合格率至98.5%。
2. 设计优化指导：通过分析识别齿面接触斑分布异常，我们可以调整法向刚度以解决相关问题。热-力耦合分析中油雾润滑换热效应的影响也不容忽视，以避免温度场预测出现较大偏差。
注意事项
在进行齿轮有限元分析时，需要注意以下几点：
网格敏感性：总节点数建议控制在50万至一百万之间以平衡计算效率和精度^[8]^ 。 遵循标准：分析过程需同步参考ISO 6336和GB/T 3480系列标准以验证结果的有效性^[1][8]^ 。 非线性收敛：在进行非线性分析时力残差和位移残差的控制标准应符合GB/T 1T （剩余部分待续）
