塑料齒輪的設計和制造說明

1、25/25塑料齒輪的設計和制造介紹一 塑膠齒輪優(yōu)缺點和應用 相對金屬齒輪，塑料齒輪具有質量輕、工作噪音小、耐磨損、無須潤滑、能夠成型較復雜的形狀、大批量生產成本低等優(yōu)點。但由于塑料本身具有收縮、吸水，相對金屬強度也比較弱，對工作環(huán)境要求高，對溫度較敏感等特性。因而，塑料齒輪同時就有精度低、壽命短、使用環(huán)境要求高等缺點。隨著新材料的應用及制造技術的進展，塑料齒輪的精度越來越高，壽命也越來越長，并廣泛應用于儀器、儀表、玩具、汽車、打印機等行業(yè)。二 塑料齒輪的模具制造方法 由于塑料制品成型收縮，因此陰模尺寸要較制品尺寸大。見附圖： 因而標準的齒輪制品意味著不標準的陰模尺寸。這就對陰模的制造提出了嚴格

2、的要求。以下是常用的兩種陰模制造方法1.先制作一母齒輪，然后通過鑄造、電火花加工、電鑄等方法制作母齒輪。如：渦輪、渦桿、錐齒輪。2.不需母齒輪，直接線切割制作陰模。常用于正齒輪，斜齒輪。2.1母齒輪的制作方法前面所提，母模要比制品大，因此標準制品齒輪就必須由專門母齒輪制作專門的陰模。專門的母齒輪就需專門的切齒刀來加工。通常方法：（1）專門模數的切齒刀具（2）加上成型收縮率的余量用專門壓力角的切齒道具（3）加上成型收縮率的余量用標準切齒刀具（4）不需添加余量用標準切齒刀具以下是各種方法的詳細介紹（1）專門模數的切齒刀具制作一個專門模數的切齒刀具，其壓力角為標準壓力角。在制作那個切齒刀具時必須考慮

3、到成型收縮率以及后面要講到的陰模制作法所規(guī)定的修正值，然后用那個專門刀具來加工母齒輪。假設要制作下面的成型齒輪時 Z=30 m=1 d=m*Z=30mm 假設成型收縮率與依照陰模制作法所得到的修正值之和為2。則要求母齒輪的各參數為 Z=30 m=1.02 d=m*z=30.6mm依照那個方法制作出來的齒輪能得到比較正確的齒形 。但時刻長，成本較高。(2) 加上成型收縮率的余量用專門壓力角的切齒道具 加上成型收縮率的余量用標準的切齒刀具來制作母齒輪時會造成齒形的偏移，用節(jié)點上的壓力角的變化來表示的話如下公式所示。 Cosa1=d1cosa2/d2 a1: 加工齒輪模型用的切齒刀具的壓力角d1:

4、差不多考慮了收縮率的分度圓直徑（母齒輪的分度圓直徑） d1=d2/(1-s/100) s:為收縮率a2:標準齒輪的壓力角（一般為20度或者為14.5度）d2:標準齒輪的分度圓直徑（制品的分度圓直徑）因此 cosa1=cosa2/(1-s/100)現有一個壓力角為20度的制品齒輪，成型收縮率和所要的切齒刀具的壓力角之間的關系如下：成型收縮率切齒刀具的壓力角1a1=18.342%a1=16.493%a1=14.364%a1=11.81（3）加上、成型收縮率的余量用標準切齒刀具加上一個相當于成型收縮率的余量 用與成型齒輪相同的模數、壓力角的標準切齒刀具制作母齒輪，這時制作出的母齒輪其壓力角常常比標準

5、的大。然而由于使用的是標準工具，與（1）、（2）相比在交貨期及成本方面比較有利。如不存在壓力角的偏移問題時，那個方法比較簡單常常被采納。除周節(jié)誤差、壓力角誤差外，其它方面與（1）、（2）等方法沒有多大的差不。（4）不需添加余量用標準切齒刀具 由于模型齒輪的分度圓直徑中不含有成型收縮率，因此，成型齒輪的分度圓的直徑等于風度圓直徑減去成型收縮率。假如所用材料成型收縮率專門小的話，以及分度圓本身專門小，側此方法特不使用。2.2齒輪模具陰模制作方法（1）鈹銅合金鑄造法 在運用鈹銅合金只制作法時，從鑄造性、硬度、強度等方面考慮一般采納含鈹量為2.52.75的鈹銅合金。由于鑄造時的收縮率為0.20.3因此

6、制作母模時需考慮到里面去。為了便于脫模，模具上必須有12的脫模斜度。（2）電火花加工 以母齒輪做電極用電火花加工法來制作陰模時，母齒輪制作除了要考慮制品收縮性，還要把放電間隙考慮到里面去。一般要進行粗放電加工和細放電加工，而粗公和精公需做在同一軸棒上。在放電加工時，電極垂直度須充分校正。電極材料能夠為：Tcu CuW BsBm 。母齒輪的精度直接阻礙加工出來的型腔精度。在決定電火花加工間隙時必須考慮制品收縮率在內。一般來講，底部型的加工間隙為0.050.12mm,穿孔型的加工間隙為0.030.06mm。另側壁錐度大約為0.2100。（3）線切割加工 以銅絲或鎢絲來加工陰模，加工時須把材料的成型

7、收縮率考慮到里面去。一般采納慢走絲切割，加工間隙一般為0.020.05mm?？杉庸ば饼X輪和正齒輪（4）電鑄法加工 將母模放入電解液中，使金屬成積到母模上至所需要厚度。母模的精度將決定電鑄模的精度，電鑄加工一般時刻比較長。沉積離子一般為鎳離子。具體選擇哪種方法，取決于制品精度，模具成本和加工時刻。按精度等級分：鑄造電火花線切割電鑄2.3水口的選擇和型腔數量的確定水口的位置和數量直接阻礙到制品的精度和同心度。一般來講 采納多針點式水口，36個平均分布在同一圓周上。齒輪外俓越大相對取量越多。直徑小于8mm的也會選單一水口。收口的大小與制品的厚度有關，盡可能采納大些的點水口。另，中心針的固定和分度圓的

8、同心度也是相當重要的。型腔數量取決于制品的精度要求。最多不能超過4穴，每增加一穴，精度減少5。另外，模具材料的選擇和水路及排氣的設計亦會阻礙制品精度。齒輪參數單一齒距誤差相臨齒距誤差累積齒距誤差法向齒距誤差齒形誤差M=0.5,Z=40,B=3mm，a=20j表12 PA66直齒圓柱齒輪注塑成型精度齒輪參數陰模制作方法單一齒距誤差相臨齒距誤差累積齒距誤差法向齒距誤差齒形誤差M=0.5,Z=40,B=3mm，a=20AJIS2JIS3JIS3*JIS5*JIS8同上BJIS2JIS4JIS4JIS2JIS5同上CJIS3JIS4JIS3JIS2JIS3M=1,Z=40,B=10mm,a=20DJI

9、S3-4JIS4-5JIS4-5M=1.5,z=40,b=7mm,a=20EJIS4JIS5JIS3M=2.5,Z=20,B=10mm,a=20DJIS5JIS6JIS4注： *記號誤差大是受壓力角誤差的阻礙A：加上成型收縮率的余量，用壓力角為14.5 的標準刀具制作母齒輪，然后采納電火花加工法來制作陰模。B：將成型收縮率可能在內的專門模數刀具來制作母齒輪，然后采納電火花加工法來制作陰模。C：采納線切割法制作陰模。D：用將成型收縮率及鈹銅的成型收縮率可能在內的專門模數工具刀制作母齒輪，然后采納鈹銅合金鑄造法制作陰模。E：加上成型收縮率的余量，用壓力角為20的標準刀具制作母齒輪阻礙齒輪精度的要緊

10、因素有；陰模精度，注塑工藝，模具及制品結構 。當我們決定了制品的精度要求時，在找模具廠時要考核模具廠是否具備相當的制模設備和注塑設備及檢測設備，以及技術能力。四 塑料齒輪副的結構設計方法齒料齒輪多應用于小功率周密傳動系統(tǒng)中，其傳遞的力矩相對較小，結構特不緊湊。鑒于常用塑膠齒輪多為漸開線小模數（m1），正常齒制（ha=1）和短齒制（ha1）。長齒制利于提高齒輪副的重合度，降低噪音，提高承載能力；短齒制則重在提高齒根的彎曲強度。4.16頂隙系數 頂隙的要緊作用是利于滑動油的流淌，并幸免兩齒之間的碰撞。在金屬小模數齒輪設計中規(guī)定頂隙系數為c=0.25。由于塑料齒輪多工作在無潤滑的環(huán)境中，而且某些齒輪

11、具有自潤滑性能，故頂隙的選擇依照實際情況進行選擇，推舉頂隙系數的選擇范圍是：c=0.10.35 . 大模數選擇小頂隙系數。小模數選擇大頂隙系數。4.17傳動質量指標驗證傳動質量指標只要包括重和度和滑動率。在塑料齒輪副設計時，由于塑料是一種彈性體材料，它組合了固體的彈性和液體的黏性特征，在承載運動時，齒型變形受加載方式、溫度、濕度的阻礙較大，故而，推舉重合度適當取大一些，而滑動率數值比較接近即可。4.18輪公差選取原則目前，國內對塑料齒輪精度還沒有成文的標準能夠參考。在設計過程中，對齒輪公差（不含齒形檢測公差）的選擇多以經驗為主。下面我們以表格的形式給出齒輪常用公差的選取原則，如表1所示。表1塑

12、料齒輪公差選取原則尺寸名稱公差選取原則示例齒頂圓直徑以負偏差為主，即上偏差為0，下偏差為負值Da0/-0.05齒頂圓跳動一般取0.05mm公法線長度以負偏差為主，即上偏差為0，下偏差為負值。Wk+0/-0.05中心距以正偏差為主，即上偏差為正值，負偏差為0。 a0+0.05/0注：（1）表中13的尺寸公差可參考JIS等相關的齒形精度標準；嚙合齒輪副中心距公差選取的要緊目的是：在保證齒輪正確嚙合的前提下便于齒輪的裝配。此公差選取的經驗公司為：min=a+0.05m，為嚙合齒輪副的實際中心距；a為嚙合齒輪副的理論中心距；m為齒輪副模數。4.2齒輪結構設計塑料齒輪本質上是一塑膠結構件，只是其要緊功能

13、用于動力與運動的傳遞。因此，塑料齒輪結構必須遵循傳動零件設計和塑料結構件結構設計兩個方面的規(guī)律進行綜合設計。依照結構功能不同，塑料齒輪能夠分為傳動和輔助結構兩大部分。其中，傳動部分是指輪齒，輔助部分包括輪櫞，腹板，輪和加強筋四本份。塑料齒輪結構如圖4所示。 塑料結構圖 圖44.21輪齒設計輪齒是實現傳動的重要工作部分，是整個齒輪的核心。輪齒設計應該注意兩個方面：一是齒形修正，二是平衡齒厚。4.2齒形修正 塑料齒輪采納模塑法家工時，齒形成型依靠模具型腔的形狀來保證。由于型腔多采納線切割方式加工，因此不存在金屬齒輪加工中的根切現象。但沒有根切并不意味著齒形可不能產生干涉，因此要保證塑料齒輪擁有良好

14、的嚙合齒廓就必須進行齒形的修正。這也是輪齒設計必須重視的問題。4.23平衡齒厚當兩個齒輪嚙合時，由于兩個齒輪齒數不等而模數和壓力角相等，導致計算出來的兩個齒輪齒根部分寬度相差特大。如此在齒輪副承載運動時，齒根寬度較小的小齒輪成為該齒輪副的強度最弱處。為幸免這一現象，我們能夠通過調整變?yōu)橄禂岛妄X形修正等方法使兩個齒輪的齒根寬度比較接近或相等。若采納調整變位系數來調整平衡齒厚，則能夠讓小齒輪正變位，大齒輪負變位來實現。這種平衡齒厚的塑料齒形在PGT塑料齒形中是常見的。4.24輔助結構設計 塑料齒輪輔助結構部分設計的指導原則是：在保證齒輪整體強度的前提下，力求整體結構壁厚均勻，以利于注塑生產。為便于

15、結構設計，我們選取齒輪齒厚作為標稱壁厚（T），輔助結構的壁厚都以標準壁厚為基準進行選擇。輔助結構的壁厚選擇經驗公司如表2所示。表2塑料齒輪輔助結構壁厚設計名稱符號壁厚計算經驗公式輪緣厚度R R=(1.253)T腹板厚度W最佳取值：W=R；若考慮強度因素，則W（1.253）R輪設計H最佳取值：H=R；若考慮強度因素，則H（1.253）R加強筋設計RbRbT另外，塑料齒輪不同結構過渡處圓角的取值也應考慮壁厚是否均勻的問題。對過渡處倒圓角時能夠能夠依照實際經驗取值。一般：壁厚為t則內圓角R1=0.5t; 外圓角R2=1.5t。4.25齒輪力學設計齒輪力學設計要緊是指對齒輪力學指標的校核計算。塑料齒輪

16、要緊有表面磨損、熱失效和輪齒過載折斷三種失效形式，由于塑料為粘彈性材料，溫度對塑料的強度等力學性能具有專門大阻礙，故而溫度在塑料齒輪失效阻礙因素中占主導地位，因此塑料齒輪力學設計要緊考慮兩個方面的因素：一是溫度，二是強度。4.3溫度估算塑料齒輪工作中熱量產生要緊來源有兩個：一是摩擦生熱，二是滯后能耗生熱。對塑料齒輪工作時的輪齒溫度計算能夠采納，Henri Yelle 提出的無了潤滑狀態(tài)輪齒溫度 計算公司：T=Ta+kwxvy, T 為輪齒溫度，Ta為周圍環(huán)境溫度，k、x、y 為材料相關系數，w、v代表切向力和節(jié)圓線速度。該方向是在綜合考慮速度、載荷和周圍環(huán)境的阻礙下給出的，能夠用來估算塑料齒輪

17、工作時齒輪的工作溫度。顯然，該方法計算出的溫度值偏大，但對設計而言是能夠采納的。4.4強度校核由于塑料與金屬材料本質上存在較大的差異，因此完全搬金屬齒輪的強度校核方法來校核塑料齒輪是不可取的。目前，對塑料齒輪強度校核的方法還為形成統(tǒng)一成熟的理論方法。在此，本文僅列出直齒圓柱齒輪的校核公式，以供大伙兒設計參考。公式如下：五 塑料齒輪材料的選用 5.1 塑料齒輪常用塑料性能 塑料齒輪常用的五大工程塑料為 PA、PC、POM、PBT、PPO、以下一一介紹其特性及用途。PA， 比重輕，高抗拉強度，耐磨，自潤滑性好，沖擊韌性優(yōu)異，具有剛柔兼?zhèn)涞男阅?，能夠加工成各種制品來代替金屬，但存在吸濕性大，尺寸穩(wěn)定

18、性差等缺陷。用于要求不是專門高的傳動件。PC，具有突出的沖擊韌性，透明性和尺寸穩(wěn)定性，優(yōu)良的機械強度，適用溫度范圍寬，良好的耐蠕變性，低吸水性等優(yōu)點。但不具潤滑性，耐磨性較差。要緊應用與玩具等輕載或短期工作的塑料齒輪。POM，高剛性，高熔點，減摩，耐磨，自潤滑，耐疲勞，耐藥品性能優(yōu)異，制品剛性，彈性，和尺寸穩(wěn)定性好。相對其它工程塑料價格低廉，但存在韌性差，縮水率大，缺口沖擊強度低等缺點。適合制作尺寸精度要求周密的，配合要求高的零部件。要緊用于各種周密度的小模數齒輪等。PBT，具有較高的機械強度，突出的耐化學性，耐熱性和優(yōu)良的電性能，被廣泛引用于電子，電氣和汽車工業(yè)中。 PPO， 具有優(yōu)良的機械性能，耐熱性和電氣絕緣性，吸濕性低，強度高，尺寸穩(wěn)定性好，高溫下耐蠕變性是所有熱縮性工程塑料中最優(yōu)異的，應用于微波爐器皿等小型家電器具等方面。 PEEK 是一種半晶態(tài)的高分子聚合物。具有耐高溫，耐磨損，耐化學腐蝕，低噪音，低吸濕性，高韌性，和耐沖擊性及高強度等特性。然而價格昂貴。常用于飛機及武器等的傳動部件。通常同一塑料材料配對的齒輪