EPS塑料齿轮力学分析

hxhzzg1

最近龙一套中心距50的标准蜗轮蜗杆，传动比18.5:1，齿轮齿数37，且齿槽与齿厚相等
现在材料是蜗杆和铁芯是45#，关键是齿轮部分是尼龙，杨氏弹性模量是3000MPa，泊松比是0.493，屈服应力80MPa
估计方案是蜗杆固定如下图所示：蜗杆两端轴承位固定，铁芯与尼龙之间采用摩擦固定


力学分析如下：

将蜗杆隐藏后的分析如下：


问问变形量有呢么大吗？如果按照分析，尼龙蜗轮齿部强度不够！

hxhzzg1

从颜色是看！绿颜色103MPa,而材料是80MPa,那强度就是不够吗？

hyfjy

知道什么叫“蜗轮”么，你这叫斜齿轮，与蜗轮风牛马不相及的。与斜齿轮相配的蜗杆，可知道一定要用渐开线蜗杆？
渐开线蜗杆与斜齿轮啮合，是点接触，接触部分应力较大，看你的图，在设置上有问题的，这二个接触面，应该设置为有摩擦接触，估计你设置成绑定了斜齿轮配蜗杆，只适用于小功率，低扭矩，对效率要求较低的场合，如果想用这种简单的配置，就得到如蜗轮般的强度，那就是设计前没弄清一些基本的传动功能了。
做一个蜗杆与蜗轮配合的图给您参考一下：



蜗杆蜗轮的啮合：



斜齿轮与渐开线蜗杆的建模：



斜齿轮与渐开线蜗杆的啮合：



为了提高塑料或者尼龙齿轮的强度，常对金属蜗杆，尼龙斜齿轮的齿厚进行重新分配，有37分及46分之说，目的只有一个，尽可能提高塑料斜齿轮的强度。
这种代替，除了作用力较大，接触应力较大外，效率也较低，甚至可能低到10%以下。故这种做法的使用环境就有极大的限制了。

hyfjy

在设置上的错误是把齿轮作为主动件而想推动蜗杆旋转，这是不可能的，尽管在双头蜗杆与斜齿轮的啮合使用时不能自锁，但在静态分析时，齿轮不可能带动蜗杆旋转。在静态设置时，把蜗杆竟然设计成了固定，只转动斜齿轮，这是分析什么呢？2mm结构的法向模数，要让蜗轮上有150N.M?

hxhzzg1

hyfjy 发表于 2016-6-7 11:26
在设置上的错误是把齿轮作为主动件而想推动蜗杆旋转，这是不可能的，尽管在双头蜗杆与斜齿轮的啮合使用时不 ...

实际上，蜗轮加工采用变径滚刀，几乎相当于斜齿轮，有的客户需要斜齿轮代替
蜗轮，可以降低安装中心高的要求，另外有的客户的实验方案如下图所示：

hxhzzg1

hyfjy 发表于 2016-6-7 11:26
在设置上的错误是把齿轮作为主动件而想推动蜗杆旋转，这是不可能的，尽管在双头蜗杆与斜齿轮的啮合使用时不 ...

也有的是相反的过程，给蜗轮以动扭的方式固定，给蜗杆施加扭矩，如下图所示：

同样的参数，客户要求斜齿轮承受的扭矩达到300牛米！上图中是201.8牛米，
其实真正做到是250牛米，就发生断裂现象！

尼龙材料的屈服应力是100Mpa,对应的最大扭矩是150牛米，建模方式是按照齿槽与齿厚相等的
原则建立，
如果将齿轮齿厚增加，齿厚系数大概0.6，应该250牛米也就差不多吧！

楼主，我的分析正确么？

hxhzzg1

hyfjy 发表于 2016-6-7 11:26
在设置上的错误是把齿轮作为主动件而想推动蜗杆旋转，这是不可能的，尽管在双头蜗杆与斜齿轮的啮合使用时不 ...

这样的加载方式，斜齿轮的失效模式如下：

hxhzzg1

hyfjy 发表于 2016-6-7 11:10
知道什么叫“蜗轮”么，你这叫斜齿轮，与蜗轮风牛马不相及的。与斜齿轮相配的蜗杆，可知道一定要用渐开线蜗 ...

直流电机功率才300W，电机转速1000
蜗杆产生的力矩才2.8牛米
用于一般的电动车上的，的确是低功率！

hyfjy

我试了一下，改为真正意义上的蜗轮，由于接触面积增加，啮合时的接触更趋于合理，会让接触应力较大幅度地减少到90-105MP左右，接近尼龙齿轮的极限许用应力吧，这种情况下，安全系数不甚太高，遇特殊问题时，容易产生失效，安全起见，模数再加大些，就比较合理了。
在观看变形的动画中，有一个是调整比例的，如果调整为1，就不出出现齿廓大范围变形的画面，同样，较小的形变，如果放大数千倍，仍然会得到大幅变形的画面的。

hxhzzg1

hyfjy 发表于 2016-6-8 07:20
我试了一下，改为真正意义上的蜗轮，由于接触面积增加，啮合时的接触更趋于合理，会让接触应力较大幅度地减 ...

谢谢费老师，在结果里面直接将比例改成1:1就OK了