汽车门锁闭锁器小模数齿轮副啮合性能的有限元分析

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1、第一章绪论夕p与二；目Po1．1引言齿轮传动是机械传动中的主要形式之一，由于它具有速比范围大、功率范围广、结构紧凑、可靠等优点，已广泛应用于各种机械设备和仪器仪表中，成为现有机械产品中所占比重最大的一种传动⋯。国际上，动力传动齿轮装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展。特殊齿轮的应用、行星齿轮装置的发展、低振动、低噪声齿轮装置的研制是现代齿轮设计的一些新特点【21。为达到齿轮装置小型化、轻型化目的，提高现有渐开线齿轮的承载能力，保证齿轮传动的传动效率，各个国家不断深入于对齿轮材料和齿轮加工工艺的研究。据AGMA研究，近10年来，

2、美国齿轮行业的最大变化是塑料齿轮的应用越来越普遍【3】，这也是世界齿轮工业的发展趋势。我国的齿轮工业主要包括车辆齿轮传动制造、工业齿轮传动制造和齿轮装备制造三部分。汽车齿轮、，摩托车齿轮、工程机械齿轮、农机齿轮、工业齿轮变速箱和高速重载齿轮、特殊专用齿轮、齿轮专用装备等各类产品的技术引进和消化，使我国齿轮传动制造业近十几年得到了跨越式发展。在产品系列化、模块化、质量与技术水平方面，最近几年有了突飞猛进的发展，形成了与国际品牌的激烈竞争『4j。不过，在特殊、专用齿轮传动方面，如非圆齿轮、塑料齿轮、粉末冶金齿轮、小模数齿轮等，在我国目

3、前还没有形成龙头企业，企业的技术潜力尚待发挥。尤其是塑料齿轮在国外的应用越来越普遍，但在国内并未得到应有的重视，而且塑料齿轮产品已经远远落后世界水平。并且在塑料齿轮的设计和应用上还没有～个统一的参照标准，国内塑料齿轮的应用基本上还是依靠于实践经验或是直接引进国外的先进技术【5J。随着塑料工业的迅速发展，塑料齿轮在很多场合已经取代金属齿轮并被越来越广泛地应用于运动及动力传动场合。塑料齿轮可以采用注塑成型的方法制造而降低成本，并且具有重量轻、噪音低，抗化学腐蚀，可无润滑传动等优点。但同时也具有弹性模量低，机械强度低，热传导性差，热膨胀

4、系数大等缺点，这些缺点限制了塑料齿轮在高载荷，高速度场合的使用【6J。另外，塑料齿轮虽得以广泛应用，但在设计、制造、工艺及测量等技术方面有一定的难度。被使用的塑料齿轮的环境温度和湿度会影响齿轮的几何尺寸和机械性能，从而影响齿轮的啮合传动和承载能力。若塑料齿轮的散热不良，而速度又很高时，将因塑料不耐热而软化熔融【7】。所以对塑料齿轮的性能及强度加以进一步分析是促进塑料齿轮应用的重要环节。汽车门锁闭锁器小模数齿轮副啮合性能自j有限元研究而且，随着科学技术的飞速发展，电子计算机在各工业领域的应用，促进了各项技术的发展。人们利用计算机能对

5、各种可能的设计方案进行计算、分析和比较，并通过选优，取得较为理想的结果。例如借助于成熟的有限元分析软件，对齿轮啮合特性进行模拟分析；通过已编好的程序计算与分析齿轮承载能力等【2】。虽然这方面的工作在国内还处于起步阶段，但它对提高齿轮制造质量与技术水平、加快齿轮的开发、加强齿轮的应用等方面具有重要意义。所以，本文以某公司生产的汽车门锁闭锁器中的小模数齿轮副为研究对象，首先在C．心XA电子图版中建立齿轮副的模型，之后运用有限元分析理论和ANSYSl2．0有限元分析软件对齿轮副的啮合性能进行系统的分析与研究，以期望为此类齿轮副尤其是塑料

6、齿轮的设计和应用提供一些有价值的参考。1．2本课题国内外的研究现状1．2．1本课题国91'白9研究现状齿轮的主要用处有两个：传递运动和传递动力。相比于国内塑料齿轮还主要被用来传递运动的现状，国外在传递动力的选择上，也越来越多地采用塑料齿轮，这也是源于对塑料齿轮各方面性能的深入研究。对于塑料齿轮的研究主要集中在美国、日本和德国等国【5】。而且，随着塑料齿轮应用领域的拓宽，对塑料齿轮的研究也逐步深入到了具体的应用中。早在上个世纪七八十年代日本的塬本教授【8．91先后就在日本机械学会的期刊上发表了关于塑料齿轮强度方面的调查报告，之后又对

7、塑料齿轮的摩擦和热特性等相关方面做了进一步的深入研究。近年来，韩国的一些教授对塑料中尼龙和树脂材料的往复滑动磨损做了相应的实验，并分析得出了一定的理论和研究方法【2J。Gafitanu：10呗0以理论结合实验的方法对以聚酰胺为材料的渐开线圆柱塑料直齿轮的承载能力的影响因素进行了分析。Yelle[11】等人以热塑性塑料直齿轮的啮合温度和疲劳强度的预测技术对塑料齿轮展开研究。K．Mao[12】就塑料齿轮啮合过程中产生的瞬态温升和热分配问题进行了深入的分析，而且在分析过程中采用了有限元法对啮合区域内的平均闪温进行了数值预测，并得到了相关

8、结论。美国Tiona公司、UniversalTeclmicalSystems公司$IIUFE公司【13】共同开发出一套新型塑料齿轮设计软件，应用该软件，可初步确定塑料齿轮的大小直径、外形、强度、2齿数、齿距和齿面宽度等众多参数，同时还可提供载荷分析