模塊結構篇：7.1）動力型塑料齒輪輪系設計步驟詳解

本章目的：詳解塑料齒輪輪系設計步驟，設計出漏洞少的動力型塑料齒輪輪系。

本篇博文只是對機械手冊上的內容進行詳細的解讀，更加詳細的內容見機械設計手冊第六版第三卷。

但做者見實例中有些尺寸公差明顯高於普通注塑件製造能力（如中心距公差），因此後期寫實例時會進行些調整。

 

步驟

1.瞭解輪系的工做任務與環境條件

首先對所設計的塑料齒輪輪系的類型和主要工做任務（傳輸功率的大小、傳動比、轉速等 ）,工做環境及其溫度範圍，安裝空間及其使用壽命等要求進行詳細調査瞭解，儘量多的收集相關數據

1.1 所設計的塑料齒輪輪系的類型

這是最優先須要作的事情：依據設計要求，確認所設計塑料齒輪輪系的類型。

塑料齒輪依據功能分類，可分爲運動型塑料齒輪和動力型塑料齒輪。

運動型塑料齒輪：傳遞載荷輕微的儀器、儀表及鐘錶用齒輪。

動力型塑料齒輪：傳遞載荷較大的汽車（雨刮、搖窗、啓動電機等）及減速器用齒輪。

//爲了不交流出錯，做者稱呼爲計時型和power型

從功能分類能夠看出，實際上咱們所設計的大部分塑料齒輪，都是要求power型的。例如各類電機對應的塑料齒輪輪系基本都是。

但做者所知，國標中並無針對power型的塑料齒輪齒形標準，做者也僅僅是找到美標中有。「塑料齒輪齒形尺寸」ANSI/AGMA 1106-A97推出的AGMA PT(PT 爲 Plastic Gearing Toothform的縮寫）爲適應動力傳動（簡稱動力型）塑料齒輪設計的基本齒條。

關於塑料齒輪標準的選用，參考下圖：

若是選錯標準，固然就像選錯鞋碼，錯誤不斷，怎麼走怎麼疼。

 

塑料齒輪按照製造工藝劃分，又能夠分爲熱塑性塑料齒輪和熱固型塑料齒輪。

熱塑性塑料齒輪：主要用於功率較小的傳動齒輪，模數較小，仍多爲m<l. 5mm。

熱固型塑料齒輪：主要用於模數較大，強度較高的動力傳動齒輪。

但熱固型塑料齒輪的加工方式爲機械加工，比金屬齒輪並無量產上的優點。因此如今的塑料齒輪，都但願採用注塑加工的熱塑型塑料齒輪，而且在材料和齒形設計上尋求優化。

材料上變成增長玻纖、PTFE等混料，設計上採用更加穩健的齒形（AGMA PT 就是），注塑模具更加精密（這個國內發展並很差）。

 

1.2 塑料齒輪主要工做任務

 

1.3 工做環境、溫度範圍、安裝空間、使用壽命等

 

2.擬定輪系初步設計方案和輪齒的主要參數 

根據所收集到的數據，擬定輪系初步設計方案（齒數、模數、壓力角、直齒或斜齒齒輪），選用齒輪材料的類型等

 

3.輪系參敗的設計計算

運動型傳動輪系對強度的要求低，輪系參數設什時的風險很小，對齒輪強度通常不作過多的考慮要求。在設計時，可沿用金屬儀表齒輪的設計步驟與方法，只是對個別參數做一些調整或處理（見 表14-10-25 實例一）。設計這類輪系最東要的一點，是確保相互齧合輪齒之間冇足夠的齒側間隙， 以防傳動卡滯或卡死現象出現（有回隙要求的輪系例外）。

而動力型傳動輪系，因爲所需傳輸負荷較大，所以，塑料齒輪的承載能力和失效形式也就成爲其設計者所關注的首要問題。在設計時，可採用AGMA PT的基本齒條和三種試驗性基本齒條（也屬於AGMA PT）計算齒輪幾何尺寸的步驟與方法（見表14-10-25 實例二）

 

4.塑料輪系齒輪的精度級別

因爲受到材料收縮率、注塑工藝、設備、模具以及熱膨脹等多種因素的影響，注塑成型齒輪精度比較低，通常爲國標9~10級或10級如下。滾切加工塑料齒輪精度爲國標7~8級或8級如下。

 

5.避免齒根根切和齒頂變尖的驗算

當小齒輪的齒數<17吋，直齒輪的齒根可能出現根切，隨着齒數的減小根切愈嚴重，這種齒根根切是塑料齒輪所不容許的。在設計中，通常均可以經過正變位加以免。
對於ha=1，a = 20°的直齒輪，避免根切的最小變位係數按下式計算

 

符合AGMA PT三種試驗性基本齒條所設計的少齒數齒輪，因爲齒頂高係數大於1，避免根切需用式

 

做出判斷（見表 14-10-18) 。

設計少齒數齒輪，當選用的正變位較大時，特別是採用AGMA PT三種試驗性基本齒條，輪齒齒頂又會出現「變尖」現象。這也是塑料齒輪所不容許的，可經過調整齒頂圓直徑來避免齒頂變尖。
有關以上避免齒根根切和齒頂變尖的驗算，參見本章10.2.4節中相關公式。

 

6.調整中心距知足輪系最小側隙要求

採用漸開線齒形制的四大優勢之一，是輪系中心距變更不會對傳動比和齧合質量產生影響。爲了保證輪系在齧合過程當中不出現「膠合」和「卡死」現象，就必須保證輪系在極端條件下的最小側隙要求。這種最小側隙是經過增大輪系的工做中心距來實現的，有關中心距的調整量可用下式進行計算。該式已考慮對輪系中心距所形成影響的各主要因素：

線脹係數一般吋在材料供應商提供的物性表中查到。而吸溼所引發的膨脹通常很難查到，並且它又不等於一般物性表中的吸水率，若是輪系不是暴露在高溼度下工做，大多數塑料的吸溼膨脹量是很微小的；而且當注塑應力的逐漸釋放導致塑件產生輕微收縮時，其吸溼膨脹可能被抵消。

但對於如尼龍類吸溼材料，吸溼膨脹也許比熱膨脹更爲重要。一些經常使用齒輪塑料的許可吸溼膨脹以下表所示。

對於表中沒有列出的材料，建議用聚碳酸酯的數據替代低吸溼性材料，用尼龍PA66的數據替代吸溼性齒輪。

 

 

7.輪系重合度的校覈

對金屬小模數齒輪傳動的重合度要求通常取ε>1.2,而對塑料齒輪傳動的重合度應該比金屬齒輪更大一些。當圓柱直齒輪幾何參數肯定以後，可按式(2-4)進行輪系重合度的校覈：

 

8.輪系承載能力的評估

根據所選用材料的拉伸強度和輪系所傳輸的功率，參見本章10.2.6節中的齒輪承載能力、強度與壽命評估，本節示例中從略。

 

9.制定輪系參數表

 

10.依據DFM注塑件設計準則，繪製齒輪產品圖

壁厚均勻、增強筋、圓角。

 

11.爲何國內不少公司不用power型齒輪也能用

動力型塑料齒輪：傳遞載荷較大的汽車（雨刮、搖窗、啓動電機等）及減速器用齒輪。

爲何不少公司用國標標準設計的尺寸也能用在傳遞動力上。

答案是，將就着用唄，還能怎麼樣？