Numerical Simulation-Based Optimization of Contact Stress Distribution and Lubrication Conditions in the Straight Worm Drive

Abstract

Tooth contact area optimization/meshing of the straight worm pair is vital for improving its operation efficiency. Geometric parameters of a worm helicoid were derived via the gear meshing theory using the equations of the instantaneous contact line. The visualization function and powerful computing capability of MATLAB are used for the numerical analysis where the instantaneous contact line distribution is simulated for particular worm drive parameters, which yields the induced curvature and slip angle in the direction of the line. The above results are used for further optimization of the meshing performance of the straight worm gear and identification of its influencing factors. A case study of the particular cylindrical worm gear in compliance with the GB 10085-1988 Standard of China demonstrate that a reasonable selection of worm gear parameters can extend the contact line and the working range of the tooth surface of the worm gear and/or make the contact line distribution along the worm wheel more uniform, thus improving the local meshing performance

Оптимизация зубчатой контактной поверхности/зацепление прямолинейной червячной пары определяют повышение эффективности ее эксплуатации. Геометрические параметры червячного геликоида получены с использованием теории зацепления зубчатых колес и уравнения линии мгновенного контакта. Численный анализ основан на функции визуализации и вычислительных возможностях программы MATLAB, что позволяет моделировать распределение на линии мгновенного контакта для специфических параметров червячного привода, создавая вынужденную кривизну и угол скольжения в направлении этой линии. Полученные результаты обеспечивают последующую оптимизацию параметров зацепления прямолинейной червячной передачи и установление определяющих факторов. Пример использования специфической цилиндрической червячной передачи в соответствии со стандартом Китая (GB 10085-1988) показывает, что рациональный выбор параметров этой передачи может увеличить линию контакта, а также расширить рабочий диапазон ее зубчатой поверхности и/или обеспечить более равномерный контакт по червячному колесу, повышая тем самым эффективность локального зацепления.