汽車門鎖閉鎖器小模數(shù)齒輪副嚙合性能的有限元研究.pdf

1、汽車門鎖閉鎖器中傳動(dòng)周的小模數(shù)齒輪副多數(shù)是將塑料齒輪與金屬齒輪配對(duì)使用，且多以金屬齒輪為主動(dòng)輪。此類齒輪副不僅擁有塑料齒輪的重量輕、能夠吸振、自潤(rùn)滑等優(yōu)勢(shì)，還可以運(yùn)用金屬材料良好的導(dǎo)熱性能改善其散熱。然而塑料彈性模量低，熱傳導(dǎo)性差，熱膨脹系數(shù)大;塑料齒輪在設(shè)計(jì)、應(yīng)用上還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的參照標(biāo)準(zhǔn)，而依據(jù)金屬齒輪又會(huì)帶來(lái)較大的差異性;針對(duì)此類齒輪副的分析研究也相對(duì)較少。
　　 所以，對(duì)此類齒輪副嚙合性能進(jìn)行系統(tǒng)而有效的分析，有著較高的

2、理論和實(shí)踐意義，對(duì)于應(yīng)用此類齒輪副的企業(yè)具也有較高的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，對(duì)齒輪副設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與研究方法的提出也具有重要意義。為此，本文以某汽車門鎖閉鎖器中的小模數(shù)齒輪副為研究對(duì)象，首先在CAXA電子圖版中建立齒輪副模型，之后運(yùn)用有限元分析理論和ANSYS12.0有限元分析軟件對(duì)齒輪副的嚙合性能進(jìn)行較為全面的分析與研究。主要工作如下:
　　 (1)齒輪副的接觸有限元分析:建立齒輪副精確的接觸壓力模型，研究齒輪副在一個(gè)嚙合周期內(nèi)的接觸應(yīng)力及應(yīng)變分

3、布，總結(jié)應(yīng)力與應(yīng)變?cè)谝粋€(gè)嚙合周期內(nèi)的分布規(guī)律;得到齒輪副最大接觸應(yīng)力為4.197MPa、應(yīng)變?yōu)?.035μm，且最大應(yīng)力與應(yīng)變都發(fā)生在齒輪副在節(jié)點(diǎn)嚙合時(shí)等結(jié)論。
　　 (2)塑料齒輪的本體溫度場(chǎng)有限元分析:詳細(xì)地討論了齒輪副傳動(dòng)過(guò)程中熱量的產(chǎn)生和傳播，系統(tǒng)地介紹了傳熱學(xué)的一些定義和熱力學(xué)有限元分析的基本方程;計(jì)算得出了齒輪副的摩擦熱流量;建立了塑料齒輪的單齒有限元模型;得到塑料齒輪在工作時(shí)的最高溫度為42.447℃、溫升達(dá)到7.

4、447℃、最高溫度出現(xiàn)在節(jié)圓附近、金屬齒輪分配的摩擦熱量占總摩擦熱流量的絕大部分（如在節(jié)點(diǎn)處嚙合時(shí)達(dá)到91％）等結(jié)論。
　　 (3)在接觸分析與熱性能分析的基礎(chǔ)上，對(duì)齒輪副在節(jié)點(diǎn)嚙合時(shí)進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合性能分析，并討論塑料材料的熱膨脹系數(shù)與彈性模量（隨溫度升高而降低）對(duì)齒輪副嚙合性能的影響;得到接觸應(yīng)力在考慮兩種因素的耦合分析中最大(10.449 MPa)、在僅考彈性模量影響的耦合分析最小(3.950MPa)、影響齒輪副耦合性能的

5、主要因素是塑料齒輪的熱膨脹系數(shù)等結(jié)論。
　　 (4)塑料齒輪的接觸疲勞壽命有限元分析:探討了塑料齒輪的失效形式和破壞機(jī)理;分析了齒輪副在節(jié)點(diǎn)處嚙合時(shí)的接觸疲勞壽命，得到塑料齒輪輪齒的疲勞壽命為52130次（小于實(shí)際要求的60000次），而累計(jì)疲勞系數(shù)為1.91844等結(jié)論。
　　 (5)對(duì)齒輪副進(jìn)行了耐久實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證有限元分析結(jié)果的正確性與可靠性;對(duì)齒輪副優(yōu)化的方向進(jìn)行論述，包括齒輪副尺寸參數(shù)的優(yōu)化、塑料齒輪材料的增強(qiáng)和改