塑料蜗轮传动啮合性能有限元分析

    据表2可知蜗轮蜗杆在不同啮合位置的角度关系。并随着载荷从10%上升至100%，可以确定塑料蜗轮在整个载荷变化过程中，其应力与变形的情况。同样采用数值插值分析方法，可以近似确定蜗轮蜗杆在任一啮合位置，任一载荷范围内，塑料蜗轮的应力值以及变形量(见图6-8所示)。
   

    2.2结果分析
   
    1)塑料蜗轮与钢制蜗杆在啮合温度100℃下，在变形云图3上可以明显看出，载荷下齿廓的接触区域为椭圆形区域，这与常温下情况相同。表明齿轮在本体温度场下，塑料蜗轮钢制蜗杆传动也遵循赫兹接触理论，触理论，即:当两个光滑曲面接触时，在接触点附近可近似处理成两个抛物曲面接触。施加载荷后，在接触点处形成一个接触椭圆区域。
   
    2)在10%载荷到40%载荷下，由于塑料材料具有戮弹性的特性，塑料蜗轮齿顶易产生接触破坏，其超过了极限应力值103 MPa。并且载荷主要集中在塑料轮齿2、齿3和齿4，随着蜗轮啮合位置的不同，轮齿的载荷分布比例也发生变化;当载荷大于12 N·m时一(大于40%载荷)，轮齿5或齿1也进人啮合状态。由图5中的齿3可知，在塑料蜗轮接触齿廓发生接触破坏之后，即接触应力大于材料极限应力，则随着载荷的进一步增大，在该接触处的最大应力会出现下降。
   
    3)比较蜗轮在100℃啮合温度和常温下分析的有限元结构分析结果，塑料蜗轮最大应力变化极小，而对塑料蜗轮的啮合齿面最大变形量增加了5%。
   
    4)从图6至图8可得，由于塑料蜗轮材料较低的弹性模量，在蜗轮啮合过程中易发生接触破坏，从而该齿廓上产生塑性变形，随着载荷的增加，轮齿由点啮合变化为多对齿啮合，重合度和接触区域面积的增加，使得齿廓变形与承载能力趋于平衡。
   
    3结束语
   
    通过对塑料蜗轮与钢制蜗杆传动啮合的数值模拟，研究得到了在两种温度场下塑料齿轮传动啮合的力学性能优缺点。为此类传动的设计制造提供有价值的参考。