弹性模量-温度效应对POM齿轮副啮合刚度的影响

摘要

随着高强度工程塑料的出现，塑料齿轮开始广泛应用于动力传动，但其力学性能参数对温度非常敏感.为准确评估不同温度下聚甲醛（polyoxymethylene,POM）齿轮副的啮合刚度，提出了引入弹性模量-温度效应的塑料齿轮副时变啮合刚度计算方法 .首先，结合齿轮脂润滑与对流换热理论，计算了齿轮的摩擦热流密度及对流换热系数，并通过温控拉伸试验获取了POM材料的弹性模量-温度曲线.随后，基于有限单元法构建了含弹性模量-温度效应的齿轮热弹接触模型，并与Blok闪温理论计算的温度对比，验证了其准确性.最后，基于该模型研究了POM圆柱直齿轮副啮合过程的温度场、应力场以及环境温度、转矩、转速对啮合刚度的影响.结果表明：弹性模量-温度效应对塑料齿轮副的稳态温度场影响甚小；但低温时可强化塑料齿轮的啮合刚度，高温也会明显弱化啮合刚度.因此，评估塑料齿轮刚度时，应当考虑温升及模量-温度效应的影响，以避免高估齿轮啮合刚度带来的设计风险.

关键词

弹性模量-温度效应 / 时变啮合刚度 / 热弹接触模型 / POM齿轮

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52375038,52405053,52205049）; 湖南省科技创新计划资助项目（2024RC3168,2024RC1054）; 湖南省自然科学基金资助项目（2025JJ50320,2023JJ40034）