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圆柱渐开线齿轮轮系参数设计的步骤与要点 |
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塑料齿轮轮系按传动方式可分圆柱直齿、斜齿齿轮平行轴轮系；蜗杆-蜗轮(或斜齿轮)、锥齿轮、圆柱直齿轮-平面齿轮以及锥蜗杆-锥蜗轮等交错轴轮系。按传动功能可分运动和动力传动型两大类 本节仅重点讨论有关平行轴系圆柱直齿塑料齿轮轮系的设计步骤与计算方法，并将通过两个实例介绍这类齿轮几何尺寸的设计计算 |
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步骤 |
要点 |
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(1)了解轮系的工作任务与环境条件 |
首先对所设计的塑料齿轮轮系的类型和主要工作任务(传输功率的大小、传动比、转速等)，工作环境及其温度范围，安装空间及其使用寿命等要求进行详细调查了解，尽可能多的收集相关数据 |
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(2)拟定轮系初步设计方案和轮齿的主要参数 |
根据所收集到的数据，拟定轮系初步设计方案(齿数、模数、压力角、直齿或斜齿齿轮)，选用齿轮材料的类型等 |
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(3)轮系参数的设计计算 |
运动型传动轮系对强度的要求低，轮系参数设计的风险很小，对齿轮强度一般不做过多的考虑和要求。在设计时，可沿用金属仪表齿轮的设计步骤与方法，只是对个别参数作一些调整或处理(见实例一)。设计这类轮系最重要的一点，是确保相互啮合轮齿之间有足够的齿侧间隙，以防传动卡滞或卡死现象出现(有回隙要求的轮系例外)。而动力型传动轮系，由于所需传输负荷较大，因此，塑料齿轮的承载能力和失效形式也就成为其设计者所关注的首要问题。在设计时，可采用AGMA PT基本齿条和三种试验性基本齿条计算齿轮几何尺寸的步骤与方法(见实例二) |
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(4)轮系齿轮的精度级别 |
由于受到材料收缩率、注塑工艺、设备、模具以及热膨胀等多种因素的影响，注塑成型齿轮精度比较低，一般为国标9~10级或10级以下。滚切加工塑料齿轮精度为国标7~8级或8级以下 |
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(5)避免齿根根切和齿顶变尖的验算 |
当小齿轮的齿数≤17时，直齿轮的齿根可能出现根切，随着齿数的减少根切愈严重，这种齿根根切是塑料齿轮所不允许的。在设计中，一般都可以通过正变位加以避免 对于ha*＝1，α＝20°的直齿轮，避免根切的最小变位系数按下式计算：
符合AGMA PT三种试验性基本齿条所设计的少齿数齿轮，由于齿顶高系数大于1，避免根切需用式2y+dsin2α-2hfFBR≥0作出判断(见表圆柱齿轮齿形尺寸的计算) 设计少齿数齿轮，当选用的正变位较大时，特别是采用AGMA PT三种试验性基本齿条，轮齿齿顶又会出现“变尖”现象。这也是塑料齿轮所不允许的，可通过调整齿顶圆直径来避免齿顶变尖 |
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(6)调整中心距满足轮系最小侧隙要求 |
采用渐开线齿形制的四大优点之一，是轮系中心距变动不会对传动比和啮合质量产生影响。为了保证轮系在啮合过程中不出现“胶合”和“卡死”现象，就必须保证轮系在极端条件下的最小侧隙要求。这种最小侧隙是通过增大轮系的工作中心距来实现的，有关中心距的调整量可用下式进行计算。该式已考虑对轮系中心距所造成影响的各主要因素，式中仍沿用参考文献原参数不变
式中 Δa——要求增加的中心距，mm； F"i1(max)、F"i2(max)——齿轮1、2的最大总径向综合误差； a0——轮系理论中心距，mm； T——轮系的最高工作温度，℃； δ1，δ2——齿轮1、2所选材料的线胀系数，℃-1； δH——齿轮箱材料的线胀系数，℃-1； z1，z2——齿轮1、2的齿数； η1，η2——齿轮1、2所选材料的吸湿膨胀，mm/mm； ηH——齿轮箱材料的吸湿膨胀，mm/mm； r'1，r'2——支承齿轮1、2的轴承最大允许径跳 |
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线胀系数通常可在材料供应商提供的物性表中查到。而吸湿所引起的膨胀一般很难查到，而且它又不等于通常物性表中的吸水率，如果轮系不是暴露在高湿度下工作，大多数塑料的吸湿膨胀量是很微小的；并且当注塑应力的逐渐释放致使塑件产生轻微收缩时，其吸湿膨胀可能被抵消 对于如尼龙类吸湿材料，吸湿膨胀也许比热膨胀更为重要。一些常用齿轮塑料的许可吸湿膨胀如下表所示。对于表中没有列出的材料，建议用聚碳酸酯的数据替代低吸湿性材料，用尼龙PA66的数据替代吸湿性齿轮 |
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常用齿轮塑料许可吸湿量 |
塑料名称 |
吸湿量/mm·mm-1 |
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聚甲醛(POM) |
0.0005 |
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尼龙PA66 |
0.0025 |
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尼龙PA66+30%玻璃纤维 |
0.0015 |
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聚碳酸酯 |
0.0005 |
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(7)轮系重合度的校核 |
对金属小模数齿轮传动的重合度要求一般取ε≥1.2，而对塑料齿轮传动的重合度应该比金属齿轮更大一些。当圆柱直齿轮几何参数确定之后，可按下式进行轮系重合度的校核
式中 α'——啮合角(即节圆压力角)，对标准齿轮传动α'＝α； α'a1，α'a2——分别为齿轮1、2的有效齿顶圆处(即扣除齿顶倒圆后)的压力角，α'a1、α'a2可由下式求得
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(8)轮系承载能力的估算 |
根据所选用材料的拉伸强度和轮系所传输的功率，参照本章2.6节介绍的方法对齿轮的承载能力和强度进行粗略估算，本节实例从略 |
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(9)制定轮系参数表和绘制齿轮产品图 |
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