Study on the meshing surface temperature field of polymer gears under different operating conditions

LI Qianmeng; XU Hualong; LI Donglong

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.012

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Study on the meshing surface temperature field of polymer gears under different operating conditions

Dynamic Performance and Mesh Characteristics | 更新时间：2026-05-27

- Study on the meshing surface temperature field of polymer gears under different operating conditions
- Journal of Mechanical Transmission Vol. 50, Issue 3, Pages: 98-107(2026)
- 作者机构：
  
  1.扬州大学机械工程学院，扬州 225000
  2.中国汽车工程研究院股份有限公司，重庆 400000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.012
  CLC： TH132
- Received：20 October 2024，
  
  Revised：2025-01-03，
  
  Published：15 March 2026
- 稿件说明：
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李倩梦，徐划龙，李冬龙. 不同工况下聚合物齿轮啮合表面温度场的研究［J］. 机械传动，2026，50（3）：98-107.

LI Qianmeng，XU Hualong，LI Donglong. Study on the meshing surface temperature field of polymer gears under different operating conditions［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（3）：98-107.
李倩梦，徐划龙，李冬龙. 不同工况下聚合物齿轮啮合表面温度场的研究［J］. 机械传动，2026，50（3）：98-107. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.012.

LI Qianmeng，XU Hualong，LI Donglong. Study on the meshing surface temperature field of polymer gears under different operating conditions［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（3）：98-107. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.03.012.

摘要

目的

聚合物齿轮具有质量轻、耐腐蚀、降噪等优点，在复杂工况下的啮合热特性仍有待深入探究。为明确运行工况及表面粗糙度对聚合物齿轮热行为的影响规律，耦合热黏弹理论与齿轮动力接触模型构建热黏弹接触模型，旨在为聚合物齿轮的设计与服役性能评估提供支撑。

方法

首先，基于热黏弹理论与齿轮动力接触模型建立了聚合物齿轮的数值仿真模型；然后，通过改变运行工况参数并引入轮齿表面粗糙度特征，模拟分析了齿轮转速、载荷以及表面形貌参数（波长和幅值）对齿面最大接触压力与最高温升的影响效应。

结果

结果表明，齿轮转速和载荷是影响齿面最高温升的关键因素。表面形貌对啮合面最大压力和温升具有显著调节作用：波长与压力成负相关，而幅值与压力成正相关。所提模型能有效模拟不同表面条件下聚合物齿轮的压力与温升分布状态，对优化聚合物齿轮的设计具有指导意义。

Abstract

Objective

Polymer gears are widely used due to their lightweight

corrosion resistance

and noise reduction properties. However

their thermal behavior during meshing under complex operating conditions remains insufficiently understood. This study aims to investigate the specific effects of operating conditions and surface roughness on the maximum pressure and temperature rise of the gear tooth surface by coupling thermo-viscoelastic theory with a gear dynamic contact model to provide a basis for design and performance evaluation.

Methods

A thermo-viscoelastic contact model for polymer gears was established. By adjusting operating conditions and incorporating surface roughness factors

simulations were conducted to evaluate the influence of gear rotational speed

load

and surface topography parameters (specifically wavelength and amplitude) on the maximum tooth surface pressure and temperature rise.

Results

The results indicate that gear speed and load significantly affect the maximum temperature rise of the tooth surface. Surface topography exhibits distinct regulatory effects on the meshing pressure and temperature: wavelength shows a negative correlation with pressure

while amplitude shows a positive correlation. The developed model effectively simulates the distribution of pressure and surface temperature under various surface conditions

which is of great significance for optimizing the design and service performance of polymer gears.

关键词

Keywords

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