一、前期准备

1. 模型准备
   • 用 SolidWorks/UG 建立球形齿轮及啮合配对齿轮的三维模型，忽略倒角、小螺纹孔等非关键特征，保存为x_t或step通用格式。
   • 若需模拟真实啮合，需调整两个齿轮的相对位置，保证 1–2 对齿面处于啮合状态。
2. 材料参数准备
   • 提前查询目标材料（如 20CrMnTi 渗碳淬火）的弹性模量、泊松比、屈服强度等参数，整理成表格备用。

二、项目创建与模型导入

1. 打开 ANSYS Workbench，拖拽 Static Structural（静力结构） 模块到项目流程图。
2. 右键点击 Geometry → Import Geometry → Browse，选择准备好的齿轮模型文件，完成导入。
3. 双击 Geometry 进入 DM 建模界面，检查模型完整性：
   • 若存在装配体（两个啮合齿轮），确认 Contacts 中自动识别的接触对，暂时保留默认设置。
   • 无需额外布尔操作，直接点击 Update 更新模型，关闭 DM 返回 Workbench 主界面。

三、材料属性定义

1. 双击 Engineering Data 进入材料库界面。
2. 点击 Outline of Schematic A2: Engineering Data 下的 Click here to add a new material，命名为SpurGear_Steel（球形齿轮钢）。
3. 依次添加以下参数：
   • Linear Elastic → Isotropic Elasticity：输入弹性模量210e9 Pa，泊松比0.3。
   • Strength → Yield Strength：输入屈服强度850e6 Pa。
   • Density：输入密度7850 kg/m³。
4. 保存材料库，返回主界面；右键点击 Model → Assign Material，将自定义材料分配给齿轮模型。

四、网格划分

1. 双击 Model 进入 Mechanical 界面，点击左侧 Mesh 选项。
2. 全局网格设置
   • 在 Details of "Mesh" 中，设置 Relevance Center 为Fine，Element Size 为2mm（可根据模型大小调整）。
3. 局部网格细化
   • 选中啮合齿面和齿根圆角区域：点击 Selection → Single Select，框选目标曲面 / 边线。
   • 右键点击 Mesh → Insert → Sizing，设置 Element Size 为0.3mm，Behavior 为Hard（强制细化）。
4. 点击 Mesh → Generate Mesh 生成网格，检查网格质量：确保 Element Quality 平均值＞0.7，无负体积单元。

五、载荷与边界条件设置

（一）约束条件

1. 固定主动轮轮毂
   • 选中主动轮的轮毂内孔曲面，右键点击 Insert → Fixed Support，限制该面所有方向的位移和转动。
2. 约束从动轮转动自由度
   • 选中从动轮的旋转轴中心线，右键点击 Insert → Fixed Rotation，限制除旋转方向外的其他自由度；或根据实际工况，添加 Revolute Joint（转动副）。

（二）载荷条件

1. 添加扭矩载荷
   • 选中从动轮轮毂端面，右键点击 Insert → Moment，设置 Define By 为Components，在旋转轴方向（如 Y 轴）输入扭矩值（例如100 N·m，根据实际工况调整）。
2. 定义接触对
   • 展开左侧 Connections → Contacts，确认啮合齿面的接触对已自动识别；若未识别，手动创建：
     • 右键点击 Contacts → Insert → Contact Pair，分别选择主动轮齿面（Contact）和从动轮齿面（Target）。
   • 设置接触属性：Type 为Frictional，Friction Coefficient 为0.12，Formulation 为Augmented Lagrange（提高收敛性）。

六、求解设置与计算

1. 右键点击 Static Structural → Insert → Solution，添加以下求解项：
   • Stress → Equivalent (von-Mises)：查看等效应力分布。
   • Strain → Equivalent (von-Mises)：查看等效应变。
   • Deformation → Total：查看总变形量。
   • Contact → Contact Pressure：查看齿面接触压力。
2. 点击 Solve 开始计算，等待求解完成（若出现不收敛，可调整接触刚度因子或网格质量）。

七、后处理与结果分析

1. 应力结果查看
   • 点击 Equivalent Stress，查看应力云图，定位齿根和齿面的最大应力区域，对比材料屈服强度，计算安全系数（安全系数 = 屈服强度 / 最大应力，建议≥1.5）。
2. 接触压力分析
   • 点击 Contact Pressure，查看齿面接触压力分布，判断是否存在应力集中或接触不良。
3. 变形结果评估
   • 点击 Total Deformation，查看齿轮整体变形量，重点关注啮合区域的变形是否影响传动精度。
4. 结果导出
   • 右键点击目标云图 → Export Image，保存结果图片；右键点击 Solution → Export Data，导出数值结果用于进一步分析。

八、拓展分析（可选）

1. 疲劳分析：添加 nCode DesignLife 模块，导入应力结果，结合材料 S-N 曲线，预测齿轮疲劳寿命。
2. 模态分析：拖拽 Modal 模块到 Static Structural 后，求解齿轮固有频率，避免共振风险。
3. 拓扑优化：使用 ANSYS Discovery 对齿轮非受力区域进行拓扑优化，实现轻量化设计。