本文選題：塑料斜齒輪 + 摩擦生熱�。� 參考：《湘潭大學(xué)》2012年碩士論文

【摘要】：齒輪傳動是一種應(yīng)用最為廣泛的傳動機(jī)構(gòu)，其用途主要有兩個：傳遞運動和傳遞動力。因其具備傳動比大、準(zhǔn)確度高、效率高、平穩(wěn)度高、使用壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊和安全可靠度高等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)和生活中。 隨著材料科學(xué)的發(fā)展以及對工業(yè)產(chǎn)品輕量化要求的提高，工程塑料在齒輪生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。塑料齒輪與傳統(tǒng)金屬齒輪相比擁有很多優(yōu)點，但是由于自身材料屬性所限，塑料齒輪在實際使用過程中也會暴露出一些不足之處。塑料自身具有較高的熱敏感性及較低的疲勞強(qiáng)度，因此塑料斜齒輪會比傳統(tǒng)金屬齒輪更容易產(chǎn)生輪齒斷裂、疲勞變形或者膠合等。本文將塑料斜齒輪副在勻速嚙合情況下的摩擦生熱特性作為研究對象，主要的研究內(nèi)容和結(jié)論如下： 1．簡要介紹了塑料斜齒輪傳動的傳動特點、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、有限元方法的發(fā)展及其基本原理、當(dāng)前市場上普遍使用的幾款有限元軟件及其特點；確定本文使用LS-DYNA程序進(jìn)行塑料斜齒輪副嚙合過程摩擦生熱動力學(xué)仿真。 2．對塑料斜齒輪副嚙合過程中的齒面的接觸原理及摩擦生熱機(jī)理進(jìn)行分析，完成了對齒面接觸應(yīng)力的計算，建立了斜齒輪副嚙合的摩擦熱流量模型，從理論上對有限元摩擦及傳熱分析原理進(jìn)行探討，并對有限元法及有限元軟件中的接觸理論、摩擦及傳熱分析原理及求解過程進(jìn)行介紹。完成了一套有效的處理塑料斜齒輪副傳動過程中齒面摩擦生熱熱力耦合問題的方法。 3．綜合使用多種CAD/CAE軟件完成塑料斜齒輪副傳動過程中齒面的摩擦生熱有限元分析。使用SolidWorks建立塑料斜齒輪的三維幾何模型并完成其裝配，，在HyperMesh軟件中完成斜齒輪副摩擦生熱有限元模型的建立，最終在LS-DYNA軟件中完成斜齒輪在干摩擦情況下勻速嚙合過程中摩擦生熱的仿真模擬。在高效的完成了數(shù)據(jù)在各個軟件之間的傳輸?shù)耐瑫r，提高了有限元模擬計算的效率和精度，為其他工程人員使用有限元方法解決其他工程問題提供了借鑒。 4．對主動輪轉(zhuǎn)速為60r/min，從動輪阻力矩為10N m工況下斜齒輪嚙合齒面瞬時溫度分布及變化情況進(jìn)行詳細(xì)分析。發(fā)現(xiàn)溫升主要集中在輪齒表面，并且由于MC尼龍本身具有較低的熱傳導(dǎo)系數(shù)，熱量擴(kuò)散的很慢；得到斜齒輪齒面經(jīng)過一次摩擦之后溫度場的分布情況及其隨時間變化的規(guī)律；發(fā)現(xiàn)由于齒輪各輪齒在嚙合過程中產(chǎn)生摩擦熱流量相差很小，導(dǎo)致的齒面升溫幅度很接近；輪齒嚙合的嚙入點和嚙出點產(chǎn)生的摩擦熱流量要遠(yuǎn)大于其他位置產(chǎn)生的摩擦熱流量，因此齒面的最高瞬時溫升出現(xiàn)在齒輪的嚙入點和嚙出點附近，最高可溫升為0.74K。 5．對主動輪不同轉(zhuǎn)速和從動輪受不同阻力矩的齒輪嚙合情況進(jìn)行仿真模擬，進(jìn)一步考慮主動輪轉(zhuǎn)速和從動輪所受阻力矩對MC尼龍斜齒輪副嚙合過程中齒面升溫的影響。通過計算可知，主動輪轉(zhuǎn)速是影響齒面嚙入點溫升所需時間的主要因素，并且隨著轉(zhuǎn)速的增加，齒面溫升速率近乎線性增加；在主動輪轉(zhuǎn)速一定的情況下，隨著從動輪加載阻力矩的增大，嚙入點溫升時間會有小幅度的增加，這跟時間步長的確定及齒面變形增大有關(guān)。主動輪的轉(zhuǎn)速及從動輪所受阻力矩的增加都能導(dǎo)致輪齒表面瞬時溫度的增加，只是整個過程增加幅度有所降低，并且從動輪所受阻力矩對齒面嚙合區(qū)內(nèi)溫度的升高影響更加顯著一些。從能量守恒的角度對各種工況下MC尼龍斜齒輪的熱壽命進(jìn)行粗略估算，對保證MC尼龍斜齒輪的安全使用有一定的參考價值。
[Abstract]:Gear transmission is one of the most widely used transmission mechanisms . It has two main uses : transfer motion and transmission power . Because of its high transmission ratio , high accuracy , high efficiency , high stability , long service life , compact structure and high reliability , it has been widely used in production and life .

With the development of material science and the improvement of light weight requirement for industrial products , the application of engineering plastics in gear production is more and more extensive .

1 . This paper briefly introduces the transmission characteristics of plastic helical gear transmission , the research status at home and abroad , the development of finite element method and its basic principle , and several finite element software and its features widely used in the current market .
In this paper , the LS - DYNA program is used to simulate the friction and thermal dynamics of the secondary meshing process of the plastic helical gear .

2 . The contact principle of the tooth surface and the mechanism of friction and heat generation in the auxiliary meshing process of the plastic helical gear are analyzed , the friction heat flow model for the tooth surface contact stress is established , the theory of finite element friction and heat transfer analysis is discussed , and the contact theory , the friction and the heat transfer analysis principle and the solving process in the finite element method and the finite element software are introduced .

3 . Using several CAD / CAE software to complete the finite element analysis of the tooth surface in the auxiliary transmission process of the plastic helical gear , a three - dimensional geometric model of the plastic helical gear is established and the assembly is completed . The simulation simulation of the friction heat generation during the uniform speed meshing process of the helical gear is completed in the HyperMesh software . At the same time , the efficiency and accuracy of the finite element simulation calculation are improved in the LS - DYNA software , and the finite element method is used for other engineering personnel to solve other engineering problems .

4 . The instantaneous temperature distribution and the change of the meshing tooth surface of the helical gear are analyzed in detail in the condition that the rotation speed of the driving wheel is 60r / min , the torque of the driven wheel is 10 N m , and the temperature rise is mainly concentrated on the surface of the gear teeth , and the MC nylon has a low thermal conductivity coefficient , and the heat diffusion is very slow ;
obtaining the distribution of the temperature field after one - time friction of the bevel gear tooth surface and the law of changing over time ;
It is found that the frictional heat flux generated by the gear teeth of the gear is very small during the meshing process , and the temperature rise of the tooth surface is very close ;
the frictional heat flux generated by the meshing point and the meshing point of the gear teeth is far greater than the frictional heat flow generated by other positions , so that the highest instantaneous temperature rise of the tooth surface appears in the vicinity of the meshing point and the meshing point of the gear , and the maximum temperature rise is 0.74K .

5 . The influence of the rotation speed of the driving wheel and the torque of the driven wheel on the temperature rise of the tooth surface during the meshing process of the MC nylon helical gear is further studied by simulating the meshing of the driving wheel with different rotating speed and the driven wheel .
Under the condition that the rotation speed of the driving wheel is certain , the temperature rise time of the meshing point increases with the increase of the loading resistance moment of the driven wheel , which is related to the determination of the time step and the increase of the deformation of the tooth surface .

【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TH132.41

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本文編號：1816791