標準結構篇：7）塑料齒輪輪系設計總章

本章目的：瞭解塑料齒輪設計經常使用知識

 

1.塑料齒輪的前置知識

要學習設計塑料齒輪，就須要先了解齒輪。由於塑料齒輪是齒輪中之一，其材質爲塑料。

須要學習的齒輪知識包括：齒輪的定義，齒輪輪系的做用，齒輪的分類等。

 

2.齒輪

2.1 齒輪定義

齒輪是指輪緣上有齒的連續齧合傳遞運動和動力的機械元件。

2.2 齒輪輪系的做用

 在實際機械中，少有使用單個齒輪，每每要採用一系列相互齧合的齒輪來知足工做要求。這種由一系列的齒輪組成的傳動系統稱爲輪系。

齒輪輪系的做用通常有：

2.2.1 改變扭矩（通常用於增大電機扭矩）

電機的扭矩是有限的，在尺寸重量規定的狀況下，咱們就算選用最大扭矩的電機也經常不符而設計要求。因此輪系的最大做用就是大幅度增長電機的扭矩。

2.2.2 改變轉速（通常用於下降電機轉速）

同理，電機的轉速一般很是快，輪系的另外一個做用就是大幅度減小電機的轉速。

固然，下降電機轉速的方法不僅是一種，好比步進電機的細分驅動器就能提供下降轉速做用，還有改變電機控制電流等。

2.2.3 改變轉動方向（通常用於垂直於電機旋轉方向）

若是設計中電機的方向位置是固定且設計要求改變轉動方向，則須要用到蝸輪蝸桿等齒輪。反之，能夠直接更改電機位置。

2.3 齒輪的分類

齒輪可按齒形、齒輪外形、齒線形狀、輪齒所在的表面和製造方法等分類。

2.3.1 齒輪齒形分類

齒輪的齒形包括齒廓曲線、壓力角、齒高和變位等參數。
漸開線齒輪比較容易製造，所以現代使用的齒輪中 ，漸開線齒輪佔絕對多數，而擺線齒輪和圓弧齒輪應用較少。
在壓力角方面，小壓力角齒輪的承載能力較小；而大壓力角齒輪，雖然承載能力較高，但在傳遞轉矩相同的狀況下軸承的負荷增大，所以僅用於特殊狀況。
而齒輪的齒高已標準化，通常均採用標準齒高。
變位齒輪的優勢較多，已遍佈各種機械設備中。

2.3.2 齒輪外形分類

另外，齒輪還可按其外形分爲圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸桿蝸輪；

2.3.3 齒線形狀分類

按齒線形狀分爲直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、曲線齒輪；

2.3.4 輪齒所在的表面分類

按輪齒所在的表面分爲外齒輪、內齒輪；

2.3.5 齒輪製造方法分類

按製造方法可分爲鑄造齒輪、切制齒輪、軋製齒輪、燒結齒輪、注塑齒輪等。

齒輪的製造材料和熱處理過程對齒輪的承載能力和尺寸重量有很大的影響。20世紀50年代前，齒輪多用碳鋼，60年代改用合金鋼，而70年代多用表面硬化鋼。按硬度 ，齒面可區分爲軟齒面和硬齒面兩種。

軟齒面的齒輪承載能力較低，但製造比較容易，跑合性好， 多用於傳動尺寸和重量無嚴格限制，以及小量生產的通常機械中。由於配對的齒輪中，小輪負擔較重，所以爲使大小齒輪工做壽命大體相等，小輪齒面硬度通常要比大輪的高。

硬齒面齒輪的承載能力高，它是在齒輪精切以後 ，再進行淬火、表面淬火或滲碳淬火處理，以提升硬度。但在熱處理中，齒輪不可避免地會產生變形，所以在熱處理以後須進行磨削、研磨或精切 ，以消除因變形產生的偏差，提升齒輪的精度。

2.4 齒輪設計經常使用參數

 基本齒條肯定齒輪齒少數幾項原始數據便可計算出來。

齒輪模數是否越高越好？——不是。在齒輪直徑必定的狀況下，模數越大齒數越少，齒數越少，齒輪齧合時重合係數就小，就是同時參與齧合的齒數少，這是不利於齒輪傳動的。
設計齒輪的原則是，只要模數知足強度要求便可，經過增長齒數，提升重合係數，改善輪齒的工做條件。

3.塑料齒輪

3.1 塑料齒輪的定義

 

3.2 塑料齒輪對比金屬齒輪的優缺點

 

3.2.1 塑料齒輪對比金屬齒輪的優勢

塑料齒輪對比金屬齒輪的優勢，主要體如今噪音小、輕量化、耐腐蝕、無潤滑運行等幾點，以下所述：
塑料齒輪的應用,是一種知足低噪聲運行要求的重要途徑。這就要求有高精度、新型齒形和潤滑性與柔韌性兼優的材料出現。同時,塑料齒輪在傳動過程當中,經過輪齒的彈性傾斜來吸取衝擊載荷,能較好地分散安裝軸的不平行度,齒輪徑向跳動及齒距偏差所形成的局部負荷變化,具備較好的吸振降噪做用。
塑料齒輪自身具備必定的自潤性能,若是是採用添加有PTFE、硅油等的複合材料,齒輪便可在沒有潤滑的條件下長期工做。這類自潤性塑料齒輪更是打印機、傳真機和相機等產品的最佳選擇。由於這些齒輪不須要外加潤滑油劑,不會對工做環境和使用者形成污染。
與金屬齒輪相比,塑料還能夠釆用色母或色粉進行着色處理,使模塑齒輪具備各類各樣鮮豔美麗的色彩。在電動玩具、石英鐘錶等產品中裝配這類五光十色的齒輪,既顯得美觀大方,又方便裝配操做。
與金屬齒輪相比,塑料齒輪還比金屬齒輪輕、惰性好,可用在金屬齒輪易腐蝕、退化的環境中,例如水錶和化學設備的控制。
但就做者看來，本質上，塑料齒輪能代替金屬齒輪的根本緣由，仍是由於其制形成本低和時間短（注塑工藝代替機械加工），也就是「以塑代鋼」大趨勢的做用。

3.2.2 塑料齒輪對比金屬齒輪的缺點

與金屬齒輪相比,當前塑料齒輪的最大弱點在於它的彈性模量較小,其輪齒的彎曲強度、齒形和尺寸精度較低。齒輪用熱塑性材料種類繁多,其發展因爲缺少有關這類齒輪強度、磨損、磨耗和使用壽命等可靠的計算方法和可靠數據而受到限制。
所以,在動力傳動中,設計人員提出塑料齒輪的「以塑代鋼」方案備受質疑的現象時有發生。對於汽車動力傳動等用塑料齒輪,一般要求按產品設計特性規範,經過對樣機特性和壽命的型式試驗來驗證輪系的設計和材料選擇的可行性。
與塑料齒輪相比,金屬齒輪的機械強度高、剛性好、溫度和溼度變化對尺寸穩定性的影響小。而塑料齒輪則有較大的線脹係數,沒有玻纖加強的工程塑料,如尼龍(PA66)和聚甲醛(POM)的線脹係數是碳素鋼(Q235)的8~9倍左右。所以,一對齒輪在高溫下工做,設計人員必須對這種熱膨脹狀況予以充分的考慮,不然會由於在高溫下輪系的頂隙或側隙太小而發生「膠合」,而在低溫時又出現齧合重合度太小等問題。

3.3 塑料齒輪的分類

 

3.4 塑料齒輪成型工藝

 

 

6.塑料齒輪設計材料選擇；