塑料齿轮设计.doc_文客久久网wenke99.com

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2、多时候需要近似地作出圆柱齿轮的轮齿，以便在演示机构动作时、或者其它示意条件下使用。下面讨论的“ 圆柱齿轮设计模板” ，就是基于这样的需求和 Inventor 目前的能力。参见076-齿圈 .IPT 这个圆柱直齿轮设计建模的模版。1. 齿廓的近似画法参见图 01，这是一般推荐的齿廓近似画法。其中：Df：分度圆Dj：基圆，按 20压力角，0.94DfDg：齿根圆Dd：齿顶圆Az：半齿角度这些参数都可以借助齿轮参数计算式，根据模数、齿数参数得到。近似弧是 ACD 弧线，圆心落在基圆上，弧线经过节点 C，半径为切线 OC 的长度。圆弧齿轮设计说明1. 圆弧齿轮传动类型：1) 圆弧圆柱齿轮分单圆弧齿轮

3、和双圆弧齿轮。2) 单圆弧齿轮的接触线强度比同等条件下渐开线齿轮高，但弯曲强度比渐开线低。3) 圆弧齿轮主要采用软齿面或中硬齿面，采用硬齿面时一般用矮形齿。2. 圆弧齿轮传动设计步骤：1) 简化设计：根据齿轮传动的传动功率、输入转速、传动比等条件，确定中心距、模数等主要参数。如果中心距、模数已知，可跳过这一步。2) 几何设计计算：设计和计算齿轮的基本参数，并进行几何尺寸计算。3) 强度校核：在基本参数确定后，进行精确的齿面接触强度和齿根弯曲强度校核。4) 如果校核不满足强度要求，可以返回 2)，修改参数，重新计算。3. 圆弧齿轮传动的特点：1) 圆弧齿轮传动试点啮合传动，值适用于斜齿轮，2.设

4、定基础参数参见图 02，首先设置几个齿轮设计的基础参数备用。3.创建草图先投影原始坐标系的原点，在 XY 面上开始草图，正交位置线要与原始坐标系相关轴对准创建所有的圆和直线构造线型的草图（其中齿根圆和分度圆为普通线型），驱动参数要引用设好的参数名或者使用表达式；圆心落在原点的投影上；从 C 点向基圆草图作构造线型的切线，并产生 O 点；绘制普通线型的圆弧，端点落在齿顶圆和齿根圆上，圆心约束到 O 点上；结果参见 076-齿圈.IPT 中的草图。4.创建基础特征双向对称拉伸齿根圆，拉伸距离引用现有参数“齿宽” ；将特征草图“共享” 。双向对称拉伸齿廓草图；做齿根圆角，半径为 0.2*模数；环形

5、阵列，数量引用现有的“齿数” ；双向对称拉伸分度圆成为曲面，这是未来啮合装配的装配基准。5. 使用方法要将这个模型保存成模板文件，例如：“C:Program FilesAutodeskInventor 8TemplatesUser直齿圆柱齿轮.IPT” ，备用。不能用于直齿轮。2) 相对曲率半径比渐开线大，接触强度比渐开线高。3) 对中心距变动的敏感性比渐开线大。加工时，对切齿深度要求较高，不允许径向变位切削，并严格控制装配误差。需要设计齿轮时，以这个模板开始新零件（参见图 03），之后可见已有了基础模型；按这次设计的需要，在参数表中调整“用户参数” ，更新后就得到了新的齿圈；以 Z 轴为中

6、心线，添加其它的结构特征；保存为新的零件文件，结束。典型结果参见 076-齿轮 Z41.IPT。6.点评这样做，是典型地将比较复杂造型简化的方法。其中齿圈部分的模式相同、而参数不同。这种设计表达需求，“ 恰好”是 Inventor 很善于处理和表达的东西。而其它结构部分（例如安装孔、轮辐），每个齿轮设计都可能是独特的，就在此基础上另行添加。在模版的模型中，我们需要严格要求齿圈结构与原始坐标系对准，并作出分度圆圆柱曲面，是为装配准备基准，并传递必要的设计数据给后期设计使用。用模板保存这种结果，是一种很方便的途径。而类似的专业设计环境模板，用 Inventor 做设计的过程中，我们必将逐渐添加和完

7、善，这也是用户对 Inventor 进行专业定制的常用手段。其他类似的齿轮建模模版还有一些，例如：右旋斜齿轮（076-齿圈 R.IPT）、左旋斜齿轮（076-齿圈 L.IPT）、人字齿轮（076- 齿圈V.IPT）而伞齿轮的建模模版也同样可以沿着上述思路和技术完成。还请注意笔者是怎样利用“ 求解螺距”的草图，利用 Inventor 的 CAGD 功能，将它不能理解的原始设计参数螺旋角、转换成它能理解得螺距参数、并自动关联的。塑料齿轮的设计轮齿的设计铁制齿轮通常使用滚刀切削制成，而因为经济上的考量，设计师很少利用其它的工具制造。射出成型的齿轮则没有限定要使用这些标准滚刀，因为会使用特殊工具对铸

8、造的齿补偿或修饰。如果使用标准压力角的滚刀在铸造齿轮，会因为铸造材质的收缩特性造成轮齿的严重误差。所以齿轮设计师可以自由选定不同的技术来达到最好的性能效果。当许多塑料齿轮的外型可以选用的时候，他们都会使用基本的齿轮设计技术来来达到齿轮设计的最佳化。塑料齿轮的修正大多是由高负载的铁齿轮在应用上发展而来。最常见的基本修正为：全导角半径、轮齿顶端修正、底切情形修正以及平衡的齿厚。全导角半径修正(Full Fillet Tooth Radius Modification) 塑料铸造尖锐的棱角会成为压力产生源，在两齿轮间使用全导角半径修正可以减少尖锐角的产生并且减少 20%的压力。全导角半径修正应该使用

9、在所有的塑料齿轮应用上。轮齿顶端修正(Tip Relief Modification)如果轮齿因为负载而倾斜时，会妨碍到下一个轮齿的运作。这会发生在承受高负载的铁齿轮以及在多数的塑料齿轮。这种类型的干扰会造成噪音、过度疲乏并且失去运转的平顺。为了抵销这种偏斜的影响，齿轮由一半的地方逐渐削减。这种修正方式大多使用在高负载的齿轮( 对于塑料材质 )，但不是所有塑料齿轮都需采用。消除底切(Elimination of Undercut)小齿数的齿轮通常会有底切的情形，这样会严重减弱齿轮强度，所以应该避免使用在塑料齿轮。(图 13) 较衰弱的齿轮抑制运作的连续性增加负载平衡圆形的齿厚 (Balan

10、ced Circular Tooth Thickness)如果两个囓合的齿轮依据标准设计，小齿数(小齿轮)齿轮的轮齿将会比较纤细(图 14)。它将不能传送和驱动齿轮相同的动力并且会成为设计中较脆弱的一环。为了使齿轮组的负载最佳化，小齿轮应该增加圆形的齿厚而驱动轮应该减少齿厚 (图 15)。两种包含以上修正的齿轮称为 PGT 型的齿轮以及 ISO R53 修正齿轮。这种齿轮基本上相同，只是在学术上有所区分。ISO 形式利用公制系统公尺，而 PGT 齿轮利用节圆尺寸Pc。这种形式的齿轮非常有用，但是并不是唯一可用的形式，其它设计师可以为了特殊的应用在加以最佳化。当使用这些修正形式时，关于齿轮弯曲

11、压力以及容许压力的计算也必须调整。如果齿轮厚度已经调整，标准齿轮的李威士因子必须乘以一定的厚度比率调整。整体零件设计以上的修正应用在齿轮的设计，也同时成为基本塑料齿轮的设计准则。当设计任何塑料齿轮时，必须要考虑以上的因素。因为塑料齿轮会和其它塑料零件一同使用，所以你必须同时应用这些准则在整体的系统里。好的塑料设计最重要的特色之一为标称外壁(Norminal Wall)。标称外壁创造零件外型，是零件的基本特性之一。外壁的厚度会影响强度、成本、重量和零件的精确度。标准射出铸造的技术最适合在 0.030.2 英呎的范围之内。虽然射出制造零件没有平均的外壁厚度， 0.125 英呎是非常普遍使用的尺寸

12、。外壁厚度改变在低收缩材质需少于 25%，在高收缩材质需少于 15%。如果外壁厚度需要更多的改变，应该依照几个步骤更改(图 18)。外壁厚度大改变最大的问题在于较厚的材质射出凝固较慢，所以会有较大的收缩。这会导致零件变形而且超过零件容忍值。保持外壁厚度平整的方式之一是将砂芯在两侧平等使用。当塑料零件两壁结合时，有可能产生应力集中及减低流量。藉由内部导角，可以改进材料流动路线以及维持外壁的厚度。一般建议内部导角的半径应该至少为外壁厚度的 25%，最高为75%。较大的导角半径可以减少应力集中，但是会换来较厚的外壁。当内部导角有对应的外部导角时，外部导角的尺寸应该注意维持外壁的一致性。如果内部导角

13、半径为外壁的 50%时，外部导角应该为外壁的 150%有些简单的塑料零件在外壁上有突出物，这些是用来加强齿肋(Rib)、角版(gusset)以及柱(Boss). 大多数的突出物是加强的齿肋。强化的齿肋可以增加硬度或者是为了控制金属流动。一般来说，齿肋的高度不应该超过 2.5-3 倍的外壁厚度。虽然越高的齿肋可以增加零件的硬度，但是会增加铸造的困难。高的齿肋难以填充、排放及射出，所以通常倾向用两个短的齿肋取代一个长的齿肋。齿肋的厚度在高收缩率的材质应该相当于外壁厚度的一半，在低收缩率的材质应该为 75%。这样可以帮助控制齿肋和外壁连接点的收缩。连接点应该具有外壁厚度 25%的导角。较大的导角将

14、会增加连接点的厚度。当使用多个加强齿肋时，齿肋彼此之间的距离应该不能少于两倍的外壁厚度。加强齿肋之间如果太过接近，将会非常难以冷却而且可能造成大量的铸造应力直齿圆柱齿轮的设计步骤1.选择材料及热处理2.确定齿轮传动的精度等级齿轮传动精度等级的选择可参阅 9-15 节的有关内容，在满足使用要求的前提下选择尽可能低的精度等级可减少加工难度，降低制造成本。 3.简化设计计算按本节所确定的设计计算准则，进行设计计算并确定齿轮传动的主要参数。例如，对软齿面的闭式传动，可按齿面接触疲劳强度确定( 或),再选择合适的和 ,最后作齿根弯曲疲劳强度计算; 而对硬齿面的闭式传动，则可按齿根弯曲疲劳强度确定模数，

15、再选择合适的齿数和，最后校核因面接触疲劳强度等等。4.计算齿轮的几何尺寸 5.确定齿轮的结构形式 6.绘制齿轮工作图齿轮工作图可按机械制图标准中规定的简化画法表达。按 GB644386 的规定，工作图上应标注分度圆直径 d、顶圆直径 da、齿宽 b、其他结构尺寸及公差、定位基准及相应的形位公差和表面粗糙度。并且，在图样的右上角要用表格的形式列出模数 m，齿数 z，压力角 a，齿顶高因数，变位因数，齿厚（或公法线平均长度）公称值及其上、下偏差，精度等级，齿轮副中心距及其极限偏差，配对齿轮，公差组的检测项目及公差值等。齿轮传动的润滑设计齿轮传动的润滑具有特殊性 1）轮齿形成油楔的条件差； 2）啮

16、合齿面间压力大，而且相对滑动的大小和方向变化大，齿轮常处于边界润滑和混合润滑状态； 3）每次啮合都要重新建立油膜，润滑是断续的； 4）载荷大，摩擦热也大，易使油温上升，加速油膜的破坏 5）齿轮的材料、热处理、加工和装配精度及齿面粗糙度等影响因素。因此，齿轮传动的合理润滑设计是十分重要的。直齿锥齿轮传动设计锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动,两轴交角 S 称为轴角，其值可根据传动需要确定，一般多采用 90。锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，如下图所示。由于这一特点，对应于圆柱齿轮中的各有关“圆柱“在锥齿轮中就变成了“圆锥“，如分度锥、节锥、基

17、锥、齿顶锥等。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动（5m/s）；曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力大等特点，用于高速重载的场合。本节只讨论S=90的标准直齿锥齿轮传动。齿轮齿廓设计齿廓啮合基本定律图示为一对作平面啮合的齿轮，两轮的齿廓曲线分别为 G1和 G2。设轮 1 绕轴 O1 以角速度 1转动，轮 2 绕轴 O2 以角速度 2转动，图中点 K 为两齿廓的接触点，过点 K 作两齿廓的公法线 nn，公法线 nn 与连心线 O1O2 交于点 C。由三心定理可知，点 C 是两轮的相对速度瞬心，故有：，由此可得：

18、在齿轮啮合原理中，将点 C 称为啮合节点，简称节点。 i12 称为传动比。由以上分析可知：一对齿廓在任一位置啮合时，过接触点作齿廓公法线，必通过节点 C，它们的传动比与连心线 O1O2 被节点 C 所分成两个线段成反比。这一规律称为齿廓啮合基本定律。定轴轮系的设计定轴轮系类型的选择应根据工作要求和使用场合恰当的选择轮系的类型: 当设计的定轴轮系用于高速、重载场合时，为了减小传动的冲击、振动和噪音，提高传动性能，宜优先选用由平行轴斜齿轮组成的定轴轮系；当设计的轮系在主、从动轴传递过程中，由于工作或结构空间的要求，需要转换运动轴线方向或改变从动轴轴向时，可选择含有圆锥齿轮传动的定轴轮系；当

19、设计的轮系用于功率较小、速度不高但需要满足交错角为任意值的空间交错轴之间的传动时，可选用含有交错轴斜齿轮传动的定轴轮系；当设计的轮系要求传动比大、结构紧凑或用于分度、微调及有自锁要求的场合时，则应选择含有蜗杆传动的定轴轮系。定轴轮系中各轮齿数的确定要确定定轴轮系中各轮的齿数，关键在于合理的分配轮系中各对齿轮的传动比。为了把轮系的总传动比合理的分配给各对齿轮，在具体分配时应注意下述几点：每一级齿轮的传动比要在其常用范围内选取。齿轮传动时，传动比为 57；蜗杆传动时，传动比不大于 80。当轮系的传动比过大时，为了减小外廓尺寸和改善传动性能，通常采用多级传动。当齿轮传动的传动比大于 8 时，一

20、般应设计成两级传动；当传动比大于 30 时，常设计成两级以上齿轮传动。当轮系为减速传动时，按照“前大后小“的原则分配传动比较有利。同时，为了使机构外廓尺寸协调和结构匀称，相邻两级传动比的差值不宜过大。运动链这样逐级减速，可使各级中间轴有较高的转速和较小的扭矩，从而获得较为紧凑的结构。当设计闭式齿轮减速器时，为了润滑方便，应使各级传动中的大齿轮都能浸入油池，且浸入的深度应大致相等，以防止某个大齿轮浸油过深而增加搅油损耗。根据这一条件分配传动比时，高速级的传动比应大于低速级的传动比，通常取高速级的传动比为 1.31.4 低速级传动比由以上分析可见，当考虑问题的角度不同时，就有不同的传动比方案。因此

21、，在具体分配定轴轮系各级传动比时，应根据不同条件进行具体分析，不能简单的生搬硬套某种原则。一旦根据具体条件合理的分配了各对齿轮传动的传动比，就可以根据各对齿轮的传动比来确定每一个齿轮的齿数。周转轮系的设计周转轮系类型的选择轮系类型的选择，主要应从传动比范围、效率高低、结构复杂程度以及外廓尺寸等几方面综合考虑：当设计的轮系主要用于传递运动时，首先考虑能否满足工作所要求的传动比，其次兼顾效率、结构复杂程度、外廓尺寸和重量当设计的轮系主要用于传递动力时，主要考虑机构效率的高低，其次兼顾传递比、外廓尺寸、结构复杂程度和重量周转轮系中各齿轮齿数的确定无锡和大精密齿轮有限公司无锡

22、和大精密齿轮有限公司系台湾和大工业股份有限公司于 1995 年 7 月在中国大陆投资的企业，专业生产、销售汽车、摩托车传动齿轮及轴类零件以及其他特殊精密齿轮部件。投资总额 1500 万美元，注册资本 600 万美元。厂区占地面积 3.5 万平方米，厂房面积 1.7 万平方米。现有员工 220 人，年产各类齿轮 300 万件，年产值人民币 1 亿元。另外，在本地区还投资兴建有配套的精密锻造厂与热处理厂两家，可以做到从素材、制程到热处理进行全过程的掌控，有利于质量水平的不断提升。总经理: 林炎辉先生本公司配备精良的齿轮加工设备，目前拥有进口“CNC 数控车床、全自动滚齿机、剃齿机、插齿机、珩齿

23、机及各式齿轮加工设备 100 多台套”。齿轮测试设备有：进口的 CLP-35 齿轮测试机；GC-3H 型齿轮测定仪；GTR-30 型齿轮啮合仪，真园度计；PH-350 型投影仪；盐雾试验机 MVK-H100 型及 ATD 型电子硬度计等 20 余台套。足以能精确测定齿轮的各项参数，并由电脑进行分析。公司引进国际先进工艺及管理模式，推行严格的质保体系和及时周到的售后服务，2002年 12 月取得法国 BVQI 的 QS-9000 国际质量保证体系认证。目前生产的摩托车传动齿轮有下列各机种：GY6、GY8、GS 、GZ、CG、CH、A55、AG 、CF 等。行销国内各大发动机厂家；汽车方面：油

24、泵齿轮、飞轮组件、转向齿轴、行星超速器、单向器等。并常年出口美国、加拿大及东南亚各国。质量水平与商业信誉深得客户好评。公司除批量生产汽车、机车齿轮外，同时也接受各类用途及新研发的精密齿轮设计、加工，欢迎海内外客户光临惠顾。上海前哨齿轮有限公司位于风景秀丽的上海市崇明境内，距著名的东滩湿地保护区仅几公里。该地区环境优美，空气清新，是许多珍稀鸟类繁衍生息重要基地。前哨始建于 1989 年，它最早仅仅是上海汽车齿轮集团的一个分公司，公司从圆柱齿轮生产开始进入了齿轮行业。 1994 年，前哨引进了第 1 条螺旋锥齿轮生产线，开始从事螺旋锥齿轮的生产和研发工作。经过多年的发展，前哨已经成为上海纽荷

25、兰农业机械有限公司、上海汽车齿轮一厂、上海向明机械总公司、山东巨明公司的配套企业。其中上海纽荷兰农业机械有限公司是一家由意大利FIAT 集团的下属企业和上海汽车工业(集团)总公司投资兴建的、专业生产农用机械整机的企业，该公司是国家批准的为数不多的生产拖拉机整机的合资企业，是中国四大拖拉机整机生产企业之一。目前，前哨主要生产圆柱齿轮、螺旋锥齿轮、同步带轮、变速花键轴以及其它各种专用齿轮等等，公司产品广泛应用于汽车、拖拉机、农用机械、电车及机床等方面，并获得了客户的一致肯定。公司齿轮生产及检验设备较为齐全，技术力量较为雄厚，在新产品开发及产品质量控制方面已经形成一整套较为成熟的生产管理体系，特别

26、是在螺旋锥齿轮的生产和研发方面，公司具有比较明显的实力，成为公司的核心竞争力。公司通过 ISO9001：2000 的质量体系认证，并引入和实施了 5S 的现场管理方法，这使公司的管理水平有了质的提升。公司的技术实力设计和开发：公司的技术实力并不仅仅体现在机床本身，前哨所拥有的齿轮设计和开发实力在国内具有一定的知名度，能够独立进行齿轮设计和研发工作。特别是在长期的生产实践中，公司在产品测绘和质量控制中形成了一套行之有效的方法，在行业内具有明显的优势。通过运用各种技术诀窍，前哨的工程师们能够快速的解决客户的问题，并节省大量的时间和费用。产品的生产工艺和设备齿轮生产一般采用铸、锻、机械加工、热处

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