[发明专利]一种预测塑料齿轮啮合温度场的方法

权利要求书

1.一种预测塑料齿轮啮合温度场的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)仿真分析塑料齿轮啮合的产热过程，计算得出接触齿面节点上的产热功率和每个网格单元的产热功率密度；步骤1)具体包括以下步骤：

1.1)对塑料齿轮的三维模型进行网格划分；

1.2)输入塑料的材料性能参数；其中，所述材料性能参数包括弹性模量、泊松比、Prony级数、导热系数、热膨胀系数和比热容；

1.3)输入齿面接触属性参数；其中，所述齿面接触属性参数包括摩擦系数、接触换热系数和摩擦热分配系数；

1.4)根据实际的啮合工况，对塑料齿轮啮合过程进行分析；基于分析结果，计算接触齿面节点上的产热功率和每个单元的产热功率密度；其中，接触齿面节点上的产热功率通过式(1)计算；每个网格单元的产热功率密度通过式(2)计算；

q_f，n＝Q_f，n/t (1)

式中，q_f,n为接触齿面节点的产热功率；Q_f,n为接触齿面节点上在一个啮合周期中累积的摩擦热；t为每个齿在每个啮合周期中参与啮合的时长；

q_h，en＝ξ/t (2)

式中，q_h,en为每个网格单元在一个啮合周期中的产热功率密度；ξ为每个网格单元在每个啮合周期中累积的黏弹性迟滞损耗热密度；

2)将步骤1)计算所得的接触齿面节点产热功率和单元产热功率密度作为热源参数，仿真分析塑料齿轮啮合的热流传播过程，计算获得塑料齿轮在一定啮合周期内的三维温度场；

3)将步骤2)得到的三维温度场作为迭代更新后的初始温度条件，重复步骤1)～2)直至达到设定的啮合周期数；获得最终的啮合温度场分析结果。

2.根据权利要求1所述的一种预测塑料齿轮啮合温度场的方法，其特征在于：步骤1.1)中，将塑料齿轮三维模型进行网格划分后导入仿真软件或直接在三维仿真模型中对塑料齿轮三维模型进行网格划分。

3.根据权利要求1所述的一种预测塑料齿轮啮合温度场的方法，其特征在于：步骤1.4)中，编写python脚本计算接触齿面节点上的产热功率和每个单元的产热功率密度；Q_f,n和t从塑料齿轮啮合过程分析结果中提取。

4.根据权利要求1所述的一种预测塑料齿轮啮合温度场的方法，其特征在于：步骤1.4)中，从分析结果中提取在一个啮合周期中每个网格单元的应变历史；进行傅里叶变换，获得一系列正弦形式的应变曲线；将每个网格单元上各个正弦分应变的幅值带入式(3)中计算得出ξ；

式中，|E^*|为塑料在特定温度和应变速率条件下的总模量大小；δ是塑料在特定温度和应变速率条件下的黏弹性损耗角；n为正弦分应变的数量；i表示第i个正弦应变；ε_i为第i个正弦应变分量的幅值。

5.根据权利要求1所述的一种预测塑料齿轮啮合温度场的方法，其特征在于：步骤2)中还具有将材料属性参数和对流换热系数赋予网格模型的步骤。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于：存储有用于实现权利要求1～5中任意一种预测塑料齿轮啮合温度场的方法的计算机程序。

7.一种塑料齿轮啮合温度场预测系统，其特征在于：包括处理器、输入单元、输出单元和存储单元；所述输入单元可接收来自外部材料数据库的信息；所述输出单元可以反映外部表现的信息；所述存储单元用于存储仿真软件、由处理器执行的用于实现权利要求1～5中任意一种方法的产生操作数据的指令序列和操作塑料齿轮啮合温度场预测系统期间的数据。