如何进行蜗轮磨损的模拟试验？

蜗轮传动可实现单级高齿轮比和平稳运行。由于在大量滑动和混合摩擦条件下的齿接触，蜗轮经常受到磨料磨损。因此，在蜗轮设计中，精确预测磨损对于确定负载能力或通过优化齿轮几何形状来降低磨损强度至关重要。此阶段通常伴随着耗时的物理齿轮箱测试以进行验证。通过数值模拟方法给出了物理齿轮箱测试的有效替代方案。

一、摩擦和磨损建模

在对齿轮的几何形状进行初步分析后,通过齿接触分析确定啮合区域，并在多个啮合位置的接触点中离散化。对于每个接触点，润滑油膜高度是通过使用弹性流体动力接触的近似方程来计算的。在这里,牙齿摩擦分为流体摩擦和边界摩擦。流体摩擦是流体剪切的结果，而边界摩擦则是由于表面凹凸不平的直接接触而产生的。流体或边界摩擦在某一点点主导地位取决于膜高度和接触表面的微观几何形状。

由于磨损与边界摩擦和接触中的滑动距离相关，因此使用能量模型基于摩擦能计算磨损。根据这个能量概念，摩擦能不会完全以热能的形式消散，而是不可逆地以机械引起的网格缺陷形式储存在材料中。能量会不断累积，直到达到临界水平，这会导致材料断裂和磨损。

在计算的各个阶段用实验数据补充模拟模型以获得有效结果。例如，通过测量蜗杆和蜗轮齿面的表面数据来确定润滑剂间隙高度与施加在金属表面上的载荷比例之间的关系。此外,根据磨损试验的实测磨损数据，确定了蜗轮齿接触的高能磨损模型的模型参数。

二、磨损模拟过程及应用

模拟被设计为迭代过程，首先确定齿轮的制造状态的磨损和摩擦。为了在模拟中考虑磨损的影响，根据计算出的磨损，在每个计算步骤后局部修改蜗轮齿的宏观几何形状。因此，仿真工允许对摩擦和磨损进行瞬态分析。

一般来说，蜗轮的磨损可以分为两个不同的阶段。在初始阶段(磨合)，表面以及接触图案的尺寸适应操作条件。这两个阶段都可以使用仿真工具进行分析。

接下来的稳定磨损阶段的特点是持续磨损，占据了齿轮寿命的大部分时间。根据蜗轮在指定工作条件下的磨损强度，磨损可能是齿轮寿命的限制因素。最大磨损可以通过各种标准定义为磨损颗粒对润滑剂的降解或齿的最小厚度，以避免齿断裂。在这种情况下，模拟工具允许确定特定蜗轮箱稳定运行的磨损率。通过比较磨损率和容许磨损，可以估计蜗轮箱的寿命。