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减速机是某钢厂2050主轧线上的关键机械设备。经过一段时间的使用后，发现大齿轮辐板出现裂纹，其方向是从加强圆管焊接处向齿圈和轮毅方向呈放射状，并有发展趋向，严重影响设备的安全生产，并且在处理过的齿轮上又发现新的裂纹。为找出裂纹产生的原因和制定出大齿轮改造的实施方案，对其进行了有限元计算和强度分析。
本研究的强度计算分析采用的是有限元法，使用的是Marc有限元程序。它是一个在微机上使用的综合性有限元软件包。考虑到大齿轮的裂纹实际出现在齿轮辐板的钢管焊接处，轮齿及轴孔部位强度无问题，因此，在模型简化时，将该部位网格划分较大且适当进行简化处理，而对于裂纹、焊缝、应力集中处，网格划分较小，如裂纹处、钻孔处、钢管与齿轮辐板的焊接处，单元边长仅为1 mm左右。
有限元采用8节点三维等参单元。对于辐板有钢管无裂纹模型，共划分14984个单元，19876个节点。图为辐板有钢管无裂纹齿轮有限元计算的网格图。根据齿轮的实际工况，在齿轮轮毅的内圆柱面施加约束，以避免计算中的刚体位移。齿轮的重合度为Er=2.86。经过计算，最危险的情况是两对齿啮合。如图所示，载荷分配比例为：第一对齿受载60%，第二对齿受载40%。在正常轧制时，轧制力矩为2.62xe6N.m，两对齿施加的切向力F1、径向力F2、轴向力Fp分别如表所示。
计算模型共计两个，即辐板有钢管无裂纹齿轮模型和辐板无钢管无裂纹齿轮模型。载荷施加位置分为两种，a、在第一筋板处，加力轮齿与轮轴中心位置的连线通过辐板两圆孔的对称中心线(筋板)，方向向上，定为工况A，位置如图所示，b、加力在孔5处。加力轮齿与轮轴中心位置的连线通过辐板圆孔中心线，方向向左，定为工况，位置如图所示。
为了确定齿轮的最大应力方位，需要定义齿轮筋板、辐板圆孔的位置。其编号如图所示。齿轮的应力是强度分析的主要问题，而变形则是次要问题。这里仅给出两幅变形图，图为辐板有钢管无裂纹齿轮有限元计算变形图(变形放大2000倍)，图为辐板无钢管无裂纹齿轮有限元计、算变形图(变形放大1000倍)。由两变形图可以看到，齿轮辐板上的圆孔在受力后变为椭圆形，加力点处轮齿内凹。齿轮在转动中受力点不断变化，齿轮各部分的应力亦随之变化。
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