蝸輪傳動可實現(xiàn)單級高齒輪比和平穩(wěn)運行。由于在大量滑動和混合摩擦條件下的齒接觸，蝸輪經(jīng)常受到磨料磨損。因此，在蝸輪設(shè)計中，精確預測磨損對于確定負載能力或通過優(yōu)化齒輪幾何形狀來降低磨損強度至關(guān)重要。此階段通常伴隨著耗時的物理齒輪箱測試以進行驗證。通過數(shù)值模擬方法給出了物理齒輪箱測試的有效替代方案。

一、摩擦和磨損建模

    在對齒輪的幾何形狀進行初步分析后,通過齒接觸分析確定嚙合區(qū)域，并在多個嚙合位置的接觸點中離散化。對于每個接觸點，潤滑油膜高度是通過使用彈性流體動力接觸的近似方程來計算的。在這里,牙齒摩擦分為流體摩擦和邊界摩擦。流體摩擦是流體剪切的結(jié)果，而邊界摩擦則是由于表面凹凸不平的直接接觸而產(chǎn)生的。流體或邊界摩擦在某一點點主導地位取決于膜高度和接觸表面的微觀幾何形狀。

    由于磨損與邊界摩擦和接觸中的滑動距離相關(guān)，因此使用能量模型基于摩擦能計算磨損。根據(jù)這個能量概念，摩擦能不會完全以熱能的形式消散，而是不可逆地以機械引起的網(wǎng)格缺陷形式儲存在材料中。能量會不斷累積，直到達到臨界水平，這會導致材料斷裂和磨損。

    在計算的各個階段用實驗數(shù)據(jù)補充模擬模型以獲得有效結(jié)果。例如，通過測量蝸桿和蝸輪齒面的表面數(shù)據(jù)來確定潤滑劑間隙高度與施加在金屬表面上的載荷比例之間的關(guān)系。此外,根據(jù)磨損試驗的實測磨損數(shù)據(jù)，確定了蝸輪齒接觸的高能磨損模型的模型參數(shù)。

二、磨損模擬過程及應用

    模擬被設(shè)計為迭代過程，首先確定齒輪的制造狀態(tài)的磨損和摩擦。為了在模擬中考慮磨損的影響，根據(jù)計算出的磨損，在每個計算步驟后局部修改蝸輪齒的宏觀幾何形狀。因此，仿真工允許對摩擦和磨損進行瞬態(tài)分析。

    一般來說，蝸輪的磨損可以分為兩個不同的階段。在初始階段(磨合)，表面以及接觸圖案的尺寸適應操作條件。這兩個階段都可以使用仿真工具進行分析。

    接下來的穩(wěn)定磨損階段的特點是持續(xù)磨損，占據(jù)了齒輪壽命的大部分時間。根據(jù)蝸輪在指定工作條件下的磨損強度，磨損可能是齒輪壽命的限制因素。最大磨損可以通過各種標準定義為磨損顆粒對潤滑劑的降解或齒的最小厚度，以避免齒斷裂。在這種情況下，模擬工具允許確定特定蝸輪箱穩(wěn)定運行的磨損率。通過比較磨損率和容許磨損，可以估計蝸輪箱的壽命。