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针对气象雷达检测装置中齿轮轴的断裂失效，首先探讨了齿轮轴的结构及工作特点，并根据断口检查及断裂性质进行断裂原因的综合分析，基于机械优化设计技术提出优化改进方案。其次，基于有限元分析方法采用ANSYS分析齿轮轴应力集中的主要原因，并对比分析了结构优化改进后的有效性，结果表明优化后的齿轮轴可以显著提高强度和韧性，从而避免在使用过程中出现断裂现象，使其性能最优、寿命延长。