汽车零部件的轻量化己成为了汽车行业的重要问题。塑料齿轮有传动噪声低、吸振、自润滑等优点，而且能跟其他塑料零件很好地配合，相比金属齿轮，塑料齿轮可注塑成型，能够节省较多的加工时间和成本。用塑料齿轮来代替金属齿轮成为汽车行业相关研究部门关注重点。
      塑料齿轮在啮合过程中，摩擦产生的摩擦热和因材料瓢弹性产生的滞后热，影响材料的力学参数，产生热应变，从而影响塑料齿轮的啮合性能；同时温度升高还会影响润滑油的性能；材料力学参数和润滑油性能的变化又会对啮合过程产生影响。这种耦合导致研究塑料齿轮啮合区域的热特性特别复杂。局部温升过高时，会发生齿而烧伤或熔化等与金属齿轮不同的损伤形式；同时，热失效还将降低塑料齿轮精度。因此，塑料齿轮齿而温度分布的研究是塑料齿轮设计的重要内容。本研究中我们应用Marc软件的有限元分析法来对塑料齿轮啮合区的温度场进行模拟，研究啮合齿瞬态温度。
      使用Marc软件进行热分析时，一般要进行以下步骤：(1)创建或读入几何模型；(2)划分有限元网格；(3)定义材料属性；(4)设定边界条件及施加载荷；(5)定义热分析类型；(6)提交Marc进行有限元分析；(7)结果后处理。
      本研究中使用接触来模拟摩擦，用Prony级数来表达塑料斜齿轮的弹性，使用多场耦合来进行热分析。
      本研究的对象为塑料-金属斜齿轮副，考虑使用润滑油的工况，有限元分析中若考虑温度场，结构场和流场的耦合关系，有限元仿真结果会更精确一些。
      (1)结构场和温度场的关系。温度场通过温度影响结构场的应力，实际上并不仅仅如此，结构场的诸多物理性质，如弹性、密度等性质都受到温度的影响。
      (2)温度场和流场之间的关系。流场通过流体的流动的速度与压力影响温度场。流场到温度场的耦合，发生在塑料齿轮啮合的外部，是边界耦合的问题。这个方向的耦合起着比较重要作用，不可忽略。
      (3)流场和结构场的关系。本研究中由于考虑的是流体为润滑油，其压力与速度对结构场的影响比较小，因此我们未考虑流场对结构场的耦合关系。
     由于塑料并不是符合胡克定律的弹性体，而是瓢弹性体，其应力响应包括弹性部分和瓢性部分，在载荷作用下弹性部分是即时响应的，而瓢性部分需要经过一段时间才能表现出来。
     本研究中使用的塑料齿轮与金属齿轮的啮合模型由Solidworks建立，读取到Marc中，然后进行几何修改、网格划分、设置边界条件等后续处理的有限元模型。考虑塑料齿轮的瓢弹性会有材料的非线性问题，分析中采用了MSC. Marc中的非线性静态结构分析模块。齿轮的基本参数与结构尺寸如表所示。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                  杭州纳泰科技咨询有限公司
                                                                          本文出自杭州纳泰科技咨询有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！