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随着材料科学地快速发展与革新,工程塑料由于它具有成本低、质量轻、易于制造等优势,在齿轮传动领域有着越来越广泛的应用。塑料斜齿轮与钢制蜗杆传动是将塑料斜齿轮代替金属蜗轮实现传递动力与运动的一种传动机构,主要应用于汽车座椅、大灯调节器、减速器、洗衣机等传动机构中。
由于蜗杆和斜齿轮在传动过程中,啮合区的相对速度比较大,而且塑料作为斜齿轮的材料,它对环境温度与湿度敏感度较大,容易导致失效的产生。如今塑料齿轮在设计应用时还没有一个统一的参照标准,而依据金属齿轮又会带来较大的差异性。因而,对此类塑料齿轮的设计准则与研究方法的提出具有重要意义,使得对塑料斜齿轮与钢制蜗杆啮合的热特性研究有了更高的理论研究价值。
本论文对塑料斜齿轮与钢制蜗杆传动进行了理论分析和有限元仿真。由于在塑料斜齿轮与钢制蜗杆传动过程中,啮合产生的热量会导致齿面接触温度的升高,从而降低塑料斜齿轮的力学性能,这是一个复杂的热力耦合过程。所以研究过程在齿轮啮合原理、接触力学、摩擦学和传热学现有理论的基础上,根据塑料斜齿轮与钢制蜗杆转动副的特点,建立了相应的接触压力、摩擦热流量和瞬态温度的模型。并以塑料斜齿轮从啮入至啮出这样一个啮合周期为研究对象,充分考虑了啮合的耦合特点,采用了理论推导与数值计算相结合的方法,对塑料斜齿轮与钢制蜗杆啮合过程中接触温度进行近似地估算。在讨论接触温度相关的影响因素及其对磨损的影响的基础上,为预估啮合潜在失效提供了判据。为了保证分析的可靠性,在MSC.MARC有限元分析平台中,采用了刚体控制法对啮合过程进行了仿真,并将所得结果与理论分析结果进行比较与修正。最后,关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。