基于曲线构型的小模数塑料齿轮温度场仿真与试验研究

梁栋; 刘贇; 孙群龙; 吴育康; 胡汉宝; 徐向阳

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.013

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基于曲线构型的小模数塑料齿轮温度场仿真与试验研究

动态性能与啮合特性 | 更新时间：2026-05-27

- 基于曲线构型的小模数塑料齿轮温度场仿真与试验研究
- Simulation and test study of temperature field of small module plastic gears with curve configuration
- 机械传动 2026年50卷第3期页码：108-119
- 作者机构：
  
  重庆交通大学机电与车辆工程学院，重庆 400074
- 作者简介：
  
  梁栋，男，1987年生，山东烟台人，博士，教授；主要研究方向为机械传动及系统、齿轮几何学设计与制造等；cqjtuliangdong_me@163.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52175042);重庆市教委科学技术研究重大项目(KJZD-M202400705);重庆市自然科学基金创新发展联合基金重点项目(CSTB2023NSCQ-LZX0127);重庆市研究生科研创新项目(CYS240488)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.013
  中图分类号： TH132
- 收稿：2024-11-03，
  
  修回：2024-11-30，
  
  纸质出版：2026-03-15
- 稿件说明：
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梁栋，刘贇，孙群龙，等. 基于曲线构型的小模数塑料齿轮温度场仿真与试验研究［J］. 机械传动，2026，50（3）：108-119.

LIANG Dong，LIU Yun，SUN Qunlong，et al. Simulation and test study of temperature field of small module plastic gears with curve configuration［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（3）：108-119.
梁栋，刘贇，孙群龙，等. 基于曲线构型的小模数塑料齿轮温度场仿真与试验研究［J］. 机械传动，2026，50（3）：108-119. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.013.

LIANG Dong，LIU Yun，SUN Qunlong，et al. Simulation and test study of temperature field of small module plastic gears with curve configuration［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（3）：108-119. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.013.

摘要

目的

温度是影响塑料齿轮服役性能的关键因素。为预测干运行工况下齿轮副啮合的最大稳态温度，提出曲线构型小模数塑料齿轮齿面温度分布规律研究方法，分析了不同转速和载荷对齿轮啮合最大稳态温度的影响。

方法

基于聚甲醛（Polyoxymethylene

POM）材料温度-模量效应，结合曲线构型小模数齿轮精确三维模型，建立了齿轮温度场有限元数值模型；开展干运行条件下曲线构型小模数POM齿轮副啮合温度试验，并将试验结果与有限元结果进行对比，以验证预测模型的准确性。

结果

研究结果表明，在干运行工况下，齿体温度差较大，最大温度分布在曲线构型齿轮第一接触迹线单齿啮合区的中间位置，且齿轮副啮合最大稳态温度以及主从动轮试验稳态温度差随转速和载荷的增加而逐渐变大。试验结果与模型预测结果吻合良好，齿体最大稳态温度与试验结果误差最大不超过6.35%。该研究可为基于曲线构型的小模数塑料齿轮长期服役应用设计提供支撑。

Abstract

Objective

Temperature is a key factor affecting the service performance of plastic gear. In order to predict the maximum steady-state temperature of gear meshing under dry operation conditions

the research method of temperature distribution on the tooth surface of curved plastic gear with small modulus was put forward

and the influence of different speed and load on the maximum steady-state temperature of gear meshing was analyzed.

Methods

The finite element numerical model of the temperature field of the gear was established based on the precise three-dimensional model of the polyoxymethylene (POM) material temperature-modulus effect combined with the curve configuration of the small modulus gear. The meshing temperature test of curved configuration POM gear pair under dry operation condition was carried out

and the test results were compared with the finite element results to verify the accuracy of the prediction model.

Results

The results show that the temperature difference of the tooth body is large under dry operation conditions

the maximum temperature distribution is in the middle of the meshing zone of the single tooth on the first contact trace of the curved gear configuration

and the maximum steady-state temperature difference of gear pair meshing and the steady-state temperature difference of the master-slave drive wheel test gradually increase with the increase of speed and load. The test results are in good agreement with the model prediction results

and the maximum error between the maximum steady-state temperature of the tooth body and the test results is no more than 6.35%. The study can provide support for the long-term service application design of small-modulus plastic gear based on curve configuration.

关键词

Keywords

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