塑料齒輪的設(shè)計(jì)

1、第”卷第5期塑料齒輪的設(shè)計(jì)塑料齒輪的設(shè)計(jì)上海市儀表電訊工業(yè)局職工大學(xué)徐佩弦〔摘?！乘芰淆X輪已廣泛地應(yīng)用于精密機(jī)械和精密儀器中.塑料由于材料本身的特性。如收縮的影響對(duì)塑料齒輪設(shè)計(jì)有一些特殊要求.設(shè)計(jì)計(jì)算和塑料齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)等問題.一、塑料齒輪的工作特點(diǎn)設(shè)計(jì)塑料齒輪必須明了塑料齒輪與金屬齒輪傳動(dòng)的工作特性的區(qū)別.切削加工塑料齒輪其經(jīng)濟(jì)性較差較少本文將論述塑料齒輪的幾何尺寸缽肚擊軟(t]柏采用。大多數(shù)的熱塑性塑料均可用來模塑齒輪。其中聚甲醛和聚

2、酞胺(尼龍)因摩擦系數(shù)小耐磨性好而應(yīng)用較廣.聚甲醛由于其強(qiáng)度和剛度優(yōu)于聚酞胺且吸水率又小故聚甲醛是目前塑制齒輪的最佳工程塑料.塑料的機(jī)械性能不如金屬承載能力低因此塑料齒輪大多用來傳遞中小功率.塑料齒輪的模數(shù)一般在2以下.塑料齒輪在注射模塑中對(duì)齒輪模具型腔的收縮很大.如聚甲醛可達(dá)到2、3腸.收縮率較小的聚碳酸酷也有0.6腸左右。這使模塑較高精度的塑料齒輪較為困難.塑料齒輪設(shè)計(jì)齒輪模具的設(shè)計(jì)和制造注射工藝以及塑料齒輪測(cè)量等方面在技術(shù)上有一定

3、難度.被使用的塑料齒輪的環(huán)境溫度和濕度會(huì)影響齒輪的幾何尺寸和機(jī)械性能從而影響齒輪的嚙合傳動(dòng)和承載能力.若塑料齒輪的散熱不良而轉(zhuǎn)速又很高時(shí)將因塑料不耐熱而軟化熔融.塑料齒輪設(shè)計(jì)是在一般金屬齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)上要考慮到塑料材料特性的一種設(shè)計(jì).盡管塑料齒輪在設(shè)計(jì)和制造上較為困難但它能一次成型而成本低又由于慣性小低噪音自潤(rùn)性好不銹蝕因而在批量生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛.二、塑料齒輪的幾何尺寸塑料齒輪產(chǎn)品應(yīng)按“國(guó)標(biāo)”的漸開線標(biāo)準(zhǔn)齒輪繪出采用標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)

4、和壓力角’應(yīng)有較大的頂隙以便熱補(bǔ)償.按小模數(shù)齒輪的基準(zhǔn)齒形標(biāo)準(zhǔn)頂隙系數(shù)c》0.35齒底的齒根園半徑為》0.4m的園弧應(yīng)注意到避免應(yīng)力集中.模塑齒輪的模具型腔的幾何尺寸也就是外齒輪的幾何尺寸計(jì)算必須考慮到塑料注塑時(shí)的收縮.電極齒輪是一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)的修正齒輪.如陽(yáng)1實(shí)線代表所需的漸開線齒廓’如果了橄塑套梅圖1標(biāo)準(zhǔn)齒輪與模塑齒輪的輪齒比較注塑的型腔齒輪按標(biāo)準(zhǔn)齒輪制造由于塑料的收縮冷卻固化后的塑料齒輪的齒廓將像虛線所示那樣.為此制造型腔的電極齒輪的

5、壓力角必須按收縮率減小.制造電極的齒輪滾刀的壓力角是COS口式中:a。一(ls)cOSa一模具型腔齒輪的壓力角(1)a一被模塑齒輪的壓力角取標(biāo)準(zhǔn)壓力角a一20。:一該種塑料的平均注塑收縮率.型腔齒輪還必須修正的幾何參數(shù)有、.產(chǎn)‘、.了、.產(chǎn)2八O月兮矛‘、J‘、了‘、m。=(1s)二.一m.2e=汀爪‘式中:。。一模具型腔齒輪的模數(shù)一被模塑齒輪的模數(shù)按國(guó)標(biāo)系列取d。一模具型腔齒輪的分度園直徑t一模具型腔齒輪的周節(jié)二一齒數(shù)。其余幾何參數(shù)均

6、用a.及。.計(jì)算包括公法線長(zhǎng)度等。要模塑標(biāo)準(zhǔn)齒輪的齒廓其模具腔齒廓的漸開線應(yīng)比標(biāo)準(zhǔn)齒輪的漸開線平直其曲率半徑大.為此需專門滾刀來加工齒輪電極.也可以仿形法用盤銑刀來加工電極齒輪因?yàn)楸P銑刀容易按上述要求進(jìn)行修正.齒輪傳動(dòng)的圓周方向的側(cè)隙是正常嚙合傳動(dòng)的保證。塑料齒輪設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮到在工作環(huán)境下由于溫度升高和水份的吸收滲脹舍第l卷第5期塑料齒輪的設(shè)計(jì)筍0.考慮到溫度與吸水率不會(huì)同時(shí)達(dá)到極限條件故a=14.3mm是可行的.、a夕~14.3fn

7、m校核在一10℃及無(wú)吸水條件下的工作中心距a’以及重疊系數(shù)e刁T=一30℃由(12)式得刁a’。’=o二0032。刁a一0.0471川。。‘=1一s47mm對(duì)應(yīng)。’=2一。51‘19:由機(jī)械原理公式得e=1.52〔e〕=12.塑料的疲勞試驗(yàn)說明在周期載荷下比值定載荷更容易在沒有可察覺的塑性變形下引起脆性斷裂.與金屬相類似但推斷塑料也存在一個(gè)疲勞極限應(yīng)力還有待足夠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于塑料存在‘熱軟化”現(xiàn)象疲勞試驗(yàn)必須在低頻條件下進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)間很

8、長(zhǎng)。結(jié)晶性聚合物的抗疲勞載荷的能力比無(wú)定型的聚合物要好.聚甲醛有75腸的結(jié)晶度顯示了優(yōu)異的耐疲勞性。塑料的耐疲勞性與溫度關(guān)系密切溫度升高時(shí)抗疲勞性能下降.聚酞胺等塑料隨吸水率的增加而疲勞性能下降.用玻璃纖維增強(qiáng)的塑料其抗疲勞性能會(huì)得到改委茉三2、齒面的接觸疲勞點(diǎn)蝕破壞塑料齒面之間的磨損與金屬齒面相比其剪切粘合、磨蝕和腐蝕的磨耗并不嚴(yán)重但塑料齒面的疲勞卻尤其特出.在周期性的赫茲接觸應(yīng)力下在節(jié)線附近出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕這種表面剝落的小坑將破壞正常的

9、嚙合。用鋼做小齒輪與塑料齒輪嚙合由于塑料的粘彈性和柔軟其摩擦性能趨近于塑料齒輪之間的表面性與金屬齒輪相配的塑料齒輪并不能得到改但金屬齒輪有助于改善塑洲齒輪的散熱條用潤(rùn)滑丈法改進(jìn)相嚙合塑料齒輪的摩擦性其效果不如金屬齒輪那樣顯著.一般塑料性能件善齒輪如聚酸胺采用輕度的初始潤(rùn)滑效果好而采用廣泛。三、塑料齒輪的失效形式與圓柱齒輪的分度相切的工作圓周力F.ZT:di(一3)式中F一分度圓的工作圓周力Nd:一小齒輪的分度圓直徑m價(jià)T:一小齒輪轉(zhuǎn)矩N

10、。.根據(jù)塑料齒輪的材料特性在正常的工作中損壞的情況主要是以下三種.1、齒根彎曲疲勞破壞塑料輪齒受到作用于齒頂?shù)姆ㄏ蜃饔昧Φ闹芷谛缘膹澢d荷在齒根的危險(xiǎn)截面上彎塑料的彈性模量隨溫度上升而下降明顯使接觸應(yīng)力增加加劇疲勞點(diǎn)蝕產(chǎn)生孟一3、輪齒的‘熱軟化”破壞塑料齒輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輪齒在周期性彎曲載荷下其塑料變形恢復(fù)的滯后而生成的熱量超過了通過熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對(duì)流所散出的熱量其結(jié)果齒輪的溫度增加使之變形、斷裂甚至熔融.隨著高速的印刷機(jī)電子計(jì)算機(jī)外