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蜗轮蜗杆的啮合CAE仿真

有限元: 2019-06-10 10:30:36 阅读数: 173 分享到:

当一个齿轮具有一个或几个螺旋齿,并且与蜗轮(类似于螺旋齿轮)啮合而组成交错轴传动时,这种传动称为蜗杆传动。蜗轮蜗杆传动用于两轴交叉成90度,但彼此既不平行又不相交的情况下,通常在蜗轮传动中,蜗杆是主动件,而蜗轮是被动件。

蜗轮蜗杆传动是一种比较常见的传动形式,比如我们常见的打蛋器,汽车的玻璃升降器等,都采用了蜗轮蜗杆结构。蜗轮蜗杆传动具有结构紧凑,速比大,噪音低的优点,在很多应用中,完全可以忽略其传动效率偏低,发热较大的缺点。

蜗轮蜗杆在工作工程中容易发生齿轮损坏,齿轮损坏使其失去正常工作能力的现象称为失效,常见的失效形式有:

1、齿面磨损

齿轮在传动过程中,轮齿啮合表面间存在相对滑动。

2、轮齿折断

齿轮在工作中,其轮齿的受力状况相当于悬臂梁,齿根处受到的弯矩最大,所产生的应力集中。

3、轮齿塑性变形

在低速重载的工作条件下,齿轮的齿面承受很大的压力和摩擦力,由于这些力的作用,材料较软的齿轮局部齿面可能产生塑性流动,使齿面出现凹槽或凸起的棱合,从而破坏齿轮的齿廓形状,使齿轮丧失工作能力。

4、齿面点蚀

齿轮工作时,当啮合表面反复受到接触挤压作用,且由此所产生的压力过大或使用时间过长时,齿面会产生细微的疲劳裂纹。

5、齿面胶合

在高速重载的闭式齿轮传动中,齿面润滑较为困难,啮合面在重载作用下产生局部高温使其粘结在一起,当齿轮继续运动时,会在较软的齿面上撕下部分金属材料而出现撕裂沟痕。

涡轮、蜗杆作为高精度工件,对于它们的质量检测尤为重要,现有技术的针对涡轮、蜗杆检测的装置,结构较为复杂,检测过程较为麻烦,耗时耗力,检测效率也不高,检测成本较高。CAE仿真技术能够在产品设计初期,有效的模拟预测涡轮和蜗杆的失效情况,方便快捷,为产品的优化设计提供方向。以下为元王为某蜗轮蜗杆产品进行的啮合有限元分析


分析背景

分析某蜗轮蜗杆之间的啮合仿真,给定蜗杆一个旋转角度,蜗轮给定一个扭矩载荷,模拟分析蜗轮蜗杆的应力以及形变。


FEA模型


分析工况


结果云图

结果总结

蜗轮蜗杆在啮合过程中,易发生屈服的位置主要是齿根以及齿顶部位。


近十几年来,由于计算机技术与数控技术的发展,使得机械加工精度,加工效率大大提高,从而推动了机械传动产品的多样化,整机配套的模块化、标准化、以及造型设计艺术化,使得产品更加精致美观。但产品可靠性提升、设计缺陷的筛查、及对其结构设计的优化建议,都需要CAE仿真技术的支持,CAE仿真对于进一步提升产品质量具备重要的参考价值。选择元王CAE仿真应用专家,为您的企业带来无限可能。