塑料齿轮的设计与制造介绍.doc

塑料齿轮的设计和制造介绍一塑胶齿轮优缺点和应用相对金属齿轮，塑料齿轮具有质量轻、工作噪音小、耐磨损、无须 润滑、可以成型较复杂的形状、大批量生产成本低等优点但由于塑料 本身具有收缩、吸水，相对金属强度也比较弱，对工作环境要求高，对 温度较敏感等特性因而，塑料齿轮同时就有精度低、寿命短、使用环 境要求高等缺点随着新材料的应用及制造技术的发展，塑料齿轮的精 度越来越高，寿命也越来越长，并广泛应用于仪器、仪表、玩具、汽车、 打印机等行业二塑料齿轮的模具制造方法由于塑料制品成型收缩，因此阴模尺寸要较制品尺寸大见附图：图用标准滾齿刀加工的毋齿枪制作出的阴模和用此阴樓所得到的成型品(引 R L.D.Mati^ for Infection Molded Nylon Gears/ lhe Tod Enqineer,Pr€1 July 1954)因而规范的齿轮制品意味着不规范的阴模尺寸 这就对阴模的制造提出 了严格的要求以下是常用的两种阴模制造方法1.先制作一母齿轮，然后通过铸造、电火花加工、电铸等方法制作母齿 轮如：涡轮、涡杆、锥齿轮2.不需母齿轮，直接线切割制作阴模常用于正齿轮，斜齿轮2.1 母齿轮的制作方法 前面所提，母模要比制品大，因此规范制品齿轮就必须由特殊母齿 轮制作特殊的阴模。

特殊的母齿轮就需特殊的切齿刀来加工通常方法：（1）特殊模数的切齿刀具（2）加上成型收缩率的余量用特殊压力角的切齿道具（3）加上成型收缩率的余量用规范切齿刀具（4）不需添加余量用规范切齿刀具 以下是各种方法的详细介绍（1）特殊模数的切齿刀具 制作一个特殊模数的切齿刀具，其压力角为规范压力角在制作这个切 齿刀具时必须考虑到成型收缩率以及后面要讲到的阴模制作法所规定 的修正值，然后用这个特殊刀具来加工母齿轮假设要制作下面的成型齿轮时Z=30 m=1 d=m*Z=30mm假设成型收缩率与根据阴模制作法所得到的修正值之和为 2％则要求母齿轮的各参数为 Z=30 m=1.02 d=m*z=30.6mm 根据这个方法制作出来的齿轮能得到比较正确的齿形 但时间长，成 本较高2） 加上成型收缩率的余量用特殊压力角的切齿道具 加上成型收缩率的余量用规范的切齿刀具来制作母齿轮时会造成齿形 的偏移，用节点上的压力角的变化来表示的话如下公式所示 Cosa1=d1cosa2/d2a1: 加工齿轮模型用的切齿刀具的压力角d1: 已经考虑了收缩率的分度圆直径（母齿轮的分度圆直径）d仁d2心-s/100） s:为收缩率a2:规范齿轮的压力角（一般为20度或者为14.5 度）d2:规范齿轮的分度圆直径（制品的分度圆直径）所以cosa 仁 cosa2/（1-s/100）现有一个压力角为20度的制品齿轮，成型收缩率和所要的切齿刀具的压力角之间的关系如下：成型收缩率切齿刀具的压力角1%a仁 18.342%a仁 16.493%a仁 14.364%a1二 11.81（3）加上、成型收缩率的余量用规范切齿刀具加上一个相当于成型收缩率的余量用与成型齿轮相同的模数、压 力角的规范切齿刀具制作母齿轮， 这时制作出的母齿轮其压力角常常比 规范的大。

但是由于使用的是规范工具，与（1）、（2）相比在交货期及 成本方面比较有利如不存在压力角的偏移问题时，这个方法比较简单 常常被采用除周节误差、压力角误差外，其它方面与（1）、（2）等方 法没有多大的差别4）不需添加余量用规范切齿刀具由于模型齿轮的分度圆直径中不含有成型收缩率，所以，成型齿轮的分 度圆的直径等于风度圆直径减去成型收缩率如果所用材料成型收缩率 很小的话，以及分度圆本身很小，侧此方法非常使用2.2齿轮模具阴模制作方法（1）铍铜合金铸造法在运用铍铜合金只制作法时，从铸造性、硬度、强度等方面考虑一般采 用含铍量为2.5〜2.75%的铍铜合金由于铸造时的收缩率为0.2〜0.3%所以制作母模时需考虑进去 为了便于脱模，模具上必须有1〜2%的脱模斜度2) 电火花加工以母齿轮做电极用电火花加工法来制作阴模时， 母齿轮制作除了要考虑制品收缩性，还要把放电间隙考虑进去一般要进行粗放电加工和细放 电加工，而粗公和精公需做在同一轴棒上在放电加工时，电极垂直度 须充分校正电极材料可以为：Tcu CuW BsBm母齿轮的精度直接影 响加工出来的型腔精度在决定电火花加工间隙时必须考虑制品收缩率 在内一般来说，底部型的加工间隙为 0.05〜0.12mm,穿孔型的加工间隙为0.03〜0.06mm。

另侧壁锥度大约为0.2/1003) 线切割加工以铜丝或钨丝来加工阴模，加工时须把材料的成型收缩率考虑进去一 般采用慢走丝切割，加工间隙一般为0.02〜0.05mm可加工斜齿轮和正 齿轮(4)电铸法加工将母模放入电解液中，使金属成积到母模上至所需要厚度母模的精度 将决定电铸模的精度，电铸加工一般时间比较长沉积离子一般为镍离 子具体选择哪种方法，取决于制品精度，模具成本和加工时间按精 度等级分：铸造 ＜电火花 ＜线切割 ＜电铸2.3水口的选择和型腔数量的确 定 尸水口的位置和数量直接影响到制品的精度和同心度多针点式水口，3-6个平均分布在/越多直径小于8mm的也会选单一水关，尽可能采用大些的点水口〕2 方..是相当重要的型腔数量取决于制品的步r度要求 每增加一穴，精度减少5%另外，模具材料的选择和水路及排气的设 计亦会影响制品精度 '般来说米用 齿轮外徑越大相对取量 收口的大小与制品的厚度有 和分度圆的同心度也 最多不能超过 4穴,中中心齿轮参数单一齿距误差相临齿距误差累积齿距误差法向齿距误差齿形误差M=0.5,Z=40,B=3mm , a=20?j表1 — 2 PA66直齿圆柱齿轮注塑成型精度齿轮参数阴模制作单一齿距相临齿累积齿距法向齿距齿形误差方法误差距误差误差误差M=0.5,Z=40,B=3mm ， a=20?AJIS2JIS3JIS3*JIS5*JIS8同上BJIS2JIS4JIS4JIS2JIS5同上CJIS3JIS4JIS3JIS2JIS3M=1,Z=40,B=10mm,a=20 ?DJIS3-4JIS4-5JIS4-5M=1.5,z=40,b=7mm,a=20 ?EJIS4JIS5JIS3M=2.5,Z=20,B=10mm,a=20 ?DJIS5JIS6JIS4注： *记号误差大是受压力角误差的影响A :加上成型收缩率的余量，用压力角为14.5?的规范刀具制作母齿轮， 然后采用电火花加工法来制作阴模。

B :将成型收缩率估计在内的特殊模数刀具来制作母齿轮，然后采用电 火花加工法来制作阴模C:采用线切割法制作阴模D :用将成型收缩率及铍铜的成型收缩率估计在内的特殊模数工具刀制 作母齿轮，然后采用铍铜合金铸造法制作阴模E:加上成型收缩率的余量，用压力角为 20?的规范刀具制作母齿轮 影响齿轮精度的主要因素有；阴模精度，注塑工艺，模具及制品结构 当我们决定了制品的精度要求时， 在找模具厂时要考核模具厂是否 具备相当的制模设备和注塑设备及检测设备，以及技术能力四塑料齿轮副的结构设计方法齿料齿轮多应用于小功率精密传动系统中，其传递的力矩相对较 小，结构非常紧凑鉴于常用塑胶齿轮多为渐开线小模数（ m<1）圆柱塑料齿轮，故本文以渐开线小模数齿轮为研究对象，主要从几何参数的 选择、齿轮结构设计和力学校核三方面介绍塑料齿轮副的参数设计的基本方法4.1 齿轮参数设计4 .11 模数模数是轮齿抗弯曲能力的重要标志，塑料齿轮模数的选择同样需要 考虑强度因素由于塑料齿轮多用于小功率精密传动系统中，故而可以 采用“结构定模数”的指导思想选择模数模数的选择可以采用一下以 下公式计算： m=2a／(z1+z2)m 为模数，单位为 mm 。

a 为设计中心距，单位为 mm z1,z2 为啮 合齿轮副的齿轮齿数齿数4.12 齿数模塑法加工塑料齿轮，不存在刀具和齿轮的成型加工运动，因此也 就不会产生金属齿轮加工中的“根切”现象在保证齿轮啮和轮不发生 啮和干涉的前提下，若仅考虑满足连续传动的条件，则对规范圆柱塑料 齿轮(a=20度，ha=1)的最少齿数可以取到3 .4.13 压力角压力角是作用线与节线相交所成的锐角，它放应了齿轮副的压力作 用方向压力角可取 20?、14.5?、15?、17.5?、22.5?、25?、和 30?等需 要指出是增大压力角对减小齿轮最少齿数有利 但减小传动中的公差不 利因此，压力角的选择不能任意扩大和降低在国家规范中一般规定 a=20?在塑料齿轮设计时，推荐使用a=20?另外，可以根据实际应用情况 选择其它压力角值，一般为增大重合度较低噪音客选择小的压力角 ， 为提高承载能力提高轮齿强度客选用大的压力角4.14变位系数渐开线齿轮传动的可分性是变位的理论依据 齿轮变位主要考虑四个 因素：1.改善齿根强度， 2.是调整装配中心距， 3.是利于修正齿形干涉 4. 调整滑动虑实之接近或想等另变位系数的选择时要考虑与模数相结 合，防止因变位系数过大导致齿形变形过大。

一般来说变位系数的选取 范围是：、-m/2~ m/2原则是：小齿轮选正变位系数，大齿轮选负变位 系数，两者之和最好位正4.15齿顶高系数在塑料齿轮设计时，齿顶高系数可以根据使用状况选择长齿制（ ha>1）, 正常齿制（ha=1）和短齿制（ha<1）长齿制利于提高齿轮副的重合度， 降低噪音，提高承载能力；短齿制则重在提高齿根的弯曲强度4.16顶隙系数顶隙的主要作用是利于滑动油的流动，并避免两齿之间的碰撞在 金属小模数齿轮设计中规定顶隙系数为 c=0.25由于塑料齿轮多工作在 无润滑的环境中，而且某些齿轮具有自润滑性能，故顶隙的选择根据实 际情况进行选择，推荐顶隙系数的选择范围是： c=0.1~0.35 .大模数选择小顶隙系数小模数选择大顶隙系数4.17传动质量指标验证传动质量指标只要包括重和度和滑动率在塑料齿轮副设计时，由 于塑料是一种弹性体材料，它组合了固体的弹性和液体的黏性特征，在 承载运动时，齿型变形受加载方式、温度、湿度的影响较大，故而，推 荐重合度适当取大一些，而滑动率数值比较接近即可4.18轮公差选取原则目前，国内对塑料齿轮精度还没有成文的规范可以参考在设计过 程中，对齿轮公差（不含齿形检测公差）的选择多以经验为主。

下面我 们以表格的形式给出齿轮常用公差的选取原则，如表 1所示表1塑料齿轮公差选取原则尺寸名称公差选取原则示例齿顶圆直径以负偏差为主，即上偏差为0,下偏差为负值Da0/-0.05齿顶圆跳动一般取 0.05mm公法线长度以负偏差为主，即上偏差为0，下偏差为负值Wk+0/-0.05中心距以正偏差为主，即上偏差为正值，负偏差为 0a0+0.05/0注：(1)表中1~3的尺寸公差可参考JIS等相关的齿形精度规范；(1)啮合齿轮副中心距公差选取的主要目的是：在保证齿轮正确啮合 的前提下便于齿轮的装配此公差选取的经验公司为： mn=a+0.05m, a为啮合齿轮副的实际中心距；a为啮合齿轮副的 理论中心距；m为齿轮副模数。