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齿轮型腔的参数设计 |
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在齿轮注射模的设计与制造中，齿轮型腔的设计与制造最为重要。在齿轮型腔的设计中，收缩率的确定又是重中之重 |
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(1)收缩率的确定 |
定义及热塑性工程塑料收缩率特点 |
收缩率作为模塑成型的一个专业术语是指：“塑件在塑胶熔体注射填充完成后，从开始冷却固化到室温时尺寸的减少量与模具型腔尺寸的比值”。这里首先涉及的一个问题便是热胀冷缩的现象。关于热塑性工程塑料收缩率的各向异性现象，已有很多文献进行了阐述和说明。在模塑成形过程中，材料收缩与截面区域、冷却速度、结晶(或纤维)取向，成型温度和注塑压力等多种因素有关。有关模塑成型的分析软件，可以预测这类填充的过程和状态，从而能正确设计出所要成型的塑件。但这类软件现在还无法解决各向异性收缩后的模塑齿轮渐开线齿廓的设计计算。就目前来说，在生产实践中通常的做法是假设这种收缩率为各向同性，并且是向齿轮中心轴线收缩。齿轮注射模型腔的收缩率可按以下几种情况进行确定由经验确定由工艺试验确定 |
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齿轮注射模型腔的收缩率确定 |
由 经 验 确 定 |
根据物性表所提供的材料径向收缩率，取其中下限。如聚甲醛的收缩率范围约为1.8%~3.0%，由于齿轮塑件的注塑压力较大，因此型腔收缩率可取为2%~2.2%。如果是薄片齿轮还可能取至1.8% |
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由 工 艺 试 验 确 定 |
蜗杆和齿宽特大的齿轮塑件，由于材料的径向与轴向收缩率的差异较大，蜗杆或齿轮型腔的直径等尺寸由径向收缩率确定；蜗杆牙距(或导程)或斜齿轮导程，则要由轴向收缩率确定。其型腔的径向与轴向收缩率一般很难搭配合理，在这种情况下应通过工艺试验来解决。即先根据经验选择径向与轴向收缩率，制造简易型腔，按合理的齿轮注塑工艺要求模塑样件。根据检测样件的各参数的统计结果，对型腔的径向和轴向收缩率进行合理调整后正式设计型腔参数。这种工艺试验很可能要进行一次以上才能调整到位 |
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(2)齿轮型腔参数的设计计算 |
计算假设 |
先采用一个简单的直线齿廓齿轮来简要说明这种各向同性收缩机理，即假设是塑件齿廓上任意两点之间的收缩率都是相同的。如图a所示，其收缩的基点即是齿轮的轴线。齿轮收缩后齿顶直径变化较大，轮齿尺寸的变化相对较小。解析计算或CAD作图都证明，这种直线齿廓齿轮除齿数和齿形角外，其他参数都已发生变化。假定渐开线齿轮在模具型腔中的收缩情况与上相同，则齿轮渐开线齿廓的收缩情况如图b所示。即齿轮上的所有尺寸是均匀收缩的，唯一没有变化的是齿轮齿数和压力角。根据上述设定以表圆柱直齿外啮合齿轮轮系设计计算中实例一的大、小齿轮为例，分别设计计算齿轮型腔参数如下表所示 |
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材料各向同性收缩的齿轮及其型腔齿廓 |
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有关参数调整 |
在型腔参数计算中，要按以下要求调整有关参数： (1)小齿轮因子＝1+ξ1%＝1.022、大齿轮因子＝1+ξ2%＝1.02，ξ1、ξ2为大小齿轮所选收缩率； (2)齿轮几何参数的修正 根据经验取齿顶圆直径＝da+0.3Δda、齿根圆直径＝df+0.5Δdf、公法线长度＝Wk+0.7ΔWk，Δda、Δdf、ΔWk为齿轮齿顶圆、齿根圆、公法线长度公差值 |
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实例一、某仪表中的运动型传动齿轮轮系齿轮及其型腔齿形参数表 |
参数名称 |
代号 |
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大齿轮 |
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齿轮参数 |
型腔参数 |
齿轮参数 |
型腔参数 |
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因子 |
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1 |
1.022 |
1 |
1.02 |
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模数 |
m |
0.5 |
0.511 |
0.5 |
0.51 |
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齿数 |
z |
15 |
15 |
45 |
45 |
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压力角 |
α |
20° |
20° |
20° |
20° |
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变位系数 |
x |
0.5 |
0.4484 |
-0.18 |
-0.2322 |
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分度圆直径 |
d |
f 7.5 |
f 7.665 |
f 22.5 |
f 22.95 |
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齿顶圆直径 |
da |
|
f 9.305±0.01 |
|
f 23.91±0.015 |
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齿根圆直径 |
df |
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f 6.607±0.015 |
|
f 21.19±0.02 |
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跨越齿数 |
k |
2 |
2 |
5 |
5 |
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公法线长度 |
Wk |
|
2.527±0.01 |
|
7.016±0.0125 |
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齿顶倒圆半径 |
ρa |
R0.06 |
R0.06 |
R0.1 |
R0.1 |
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齿根全圆弧半径 |
ρf |
R0.221 |
全圆弧半径 |
R0.248 |
全圆弧半径 |
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