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[齿轮理论/程序或其它] 关于塑料齿轮设计制造方法的讨论

本主题由 hataili 于 2008-5-2 19:28 置顶
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中国齿轮模具急需建立产业标准

来源:慧聪网

   在前不久召开的“2006中国齿轮专业协会(上海)年会”上,针对中国目前齿轮模具的加工既没有国家标准,也没有现成的产业标准的现状,北京工业大学博士生导师、中国齿轮专业协会副秘书长石照耀教授指出,目前最重要的在行业协会的督促下,把标准建立起来。

  据悉,国内生产齿轮模具的水准与世界先进水准还有一段距离,专门研究齿轮模具的机构很少,配套研究难以跟上市场需求。

  此外,此次会议上,为了集中探讨并解决小模数齿轮生产中存在的问题,专门成立了“小模数齿轮专业委员会”,这为深化研究齿轮模具尤其是塑胶小齿轮模具搭建了交流与研究的平台。
塑料齿轮传动系统研发工程师

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齿轮系统噪声发生的原因主要有以下几个方面:

(1)齿轮设计方面 参数选择不当,重合度过小,齿廓修形不当或没有修形,齿轮箱结构不合理等。

(2)齿轮加工方面 基节误差和齿形误差过大,齿侧间隙过大,表面粗糙度过大等。

(3)轮系及齿轮箱方面 装配偏心,接触精度低,轴的平行度差,轴,轴承、支承的刚度不足,轴承的回转精度不高及间隙不当等。

(4)其他方面输入扭矩。负载扭矩的波动,轴系的扭振,电动机及其它传动副的平衡情况等。
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塑料齿轮模具商机巨大

来源:慧聪网

   中国机械工业快速发展,作为运动和动力传递者的齿轮,正扮演着越来越重要的角色,促使塑料齿轮模具也面临重要发展机遇,国内急需加快齿轮模具研究步伐。

  据介绍,齿轮模具的应用范围大致可分为三个方面:塑料齿轮用模具、粉末冶金齿轮用模具和精锻锥齿轮用模具。其中,塑料齿轮用模具的需求量比较大。齿轮的主要用处有两个,一个是传递运动,另一个是传递动力。目前国内塑料齿轮主要被用来传递运动,而美国现在在传递动力的选择上,也越来越多地采用塑料齿轮。这是因为塑料齿轮有很多优点,比如传动噪声低、能够吸振、自润滑等等,而且塑料齿轮可以开模加工,生产效率高。

  目前,国内齿轮模具生产已有一定基础,且塑料齿轮发展的大趋势会给齿轮模具带来更大的市场空间。但是国内对市场变化的反应不够敏锐,配套研究还难以跟上市场需求。塑料齿轮模具的研究也还存在一定困难,其中最突出的问题是:模具从业者不懂齿轮,齿轮从业者又不懂模具,两者之间缺乏有效的沟通,专业背景知识的鸿沟是齿轮模具行业发展的桎梏。
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推荐两位大师级的齿轮专家
欧阳志喜和niuershiye老师是我国齿轮界大师级的专家。

欧阳老师的的个人简介:

可以告诉大家:
   我是从事齿轮专业长达四十多年的一个老兵,一个非常普通的技术人员。长期军工企业工作,退休后先在成都华川电装品公司(还是军工)、后在宁波双林集团工作。如果有人想进一步了解我,请参见本人的《科技工作简介》

工作简历:
   1960年原重庆203工学院机制专业大本毕业。1960~93年先后在兵器部重庆江陵机器厂(现长安公司一分厂)和中船总重庆前卫仪表厂从事技术及技术管理工作(66~76年下放当工人,从事技革和科研九年)。1993年退休,93~97年受聘在重庆光华电子实业公司,任模具研究所所长;1997年后特聘在成都华川、宁波双林负责指导注塑模具和产品齿轮轮系设计与制造,解决汽车电机开发制造中所出现的各种疑难技术问题。

技术职务和业绩:
   1977年工程师、82年高工、88年研究员级高工;`中船总六六二厂总工;1979年任原六机部科学技术谘询委员会委员,89年任中船总研究员级高工评审委员会委员,92年授予有突出贡献享受国务院特殊经贴的专家。获国家级科技成果奖三项,省、部级成果奖二项。1978年出席全国科学大会(个人代表)。1980年出席全国国防系统科技大会(个人代表)。由国防工业出版社出版有关齿轮与齿轮刀具科技专著两本,其中1994年的一本专著(50万字)被评选为国防工业出版社建社四十周年纪念优秀图书。在国内外科技杂志上发表论文48篇,其中有十几篇获省、市、全国优秀论文奖。1986~89年与重庆大学及成都科技大学有关教授合作指导两名硕士研究生。

主要技术专业与专长:
   长期从事仪表齿轮轮系及齿轮刀具、齿轮注塑模具等设计与制造、家用煤气(天燃气)流量表、汽车与摩托车电装产品(起动电机、刮水电机、汽车坐椅驱动器)的研制,开发与生产等技术工作长达四十多年。主要技术专长如下:
   一、仪表齿轮轮系的设计与制造:七~八十年代,在前卫厂为我国水中兵器、洗衣机、家用煤气表等产品测绘和设计了数十种定时器和计数器齿轮传动轮系。在重庆光华公司测绘和设计了上十种中、高档石英闹钟机芯全塑齿轮传动轮系。97~2002年在成都华川,对国内、外多种汽车、摩托车电器中的蜗杆--斜齿轮、蜗杆--蜗轮、行星减速传动轮系的设计特点进行了深入调查与研究;为企业设计了十多种汽车、摩托车启动电机、刮水电机、摇窗电机等产品的特种传动齿轮轮系,部分产品开发样机送日本检测,均获日本电装公司(世介第二大电装品牌公司)的认可。这类电机已成为该厂的主体产品。
   二、齿轮注塑模设计与制造:1979年首次开发成功电风扇摇头用塑料直齿、斜齿轮注射模;七~九十年代期间, 负责指导设计和制造了上百付定时器、石英钟等齿轮和精密塑件注塑模具。近年来又指导设计和制造了多种汽车电器中的直齿、斜齿齿轮注射模。对这类塑料齿轮的成型注塑工艺进行了长时间摸索与试验,取得了丰富的经验与成果。
   三、整体硬质合金齿轮滚刀的设计与制造:在前卫厂创建一条m0.05~1.5的整体硬质合金滚刀生产线,具国内领先水平,曾获两项国家级科技成果奖。
   四、1997~02年,在成都华川电装品总厂负责指导蜗杆螺纹及直齿、螺旋齿渐开线花键冷挤压用滚轧轮的设计制造;对这类特殊滚轧工件的挤压成型工艺进行了较长时间的摸索和试验,也取得有较丰富的实践经验。去年六月本人又为华川设计了四种为法雷奥新开发的前、后刮水电机轮系。在摩、汽车电装产品轮系设计制造积累了丰富的经验。
   五、四年前,特聘到宁波双林集团。主要从事汽车电动座椅HDM驱动器与记忆电位器的轮系设计与产品开发。负责精密蜗杆轧制、驱动螺杆串轧、精密螺母二次攻丝或一攻二挤等特种工艺的研发与生产、精密塑料斜齿轮和蜗杆注塑模具型腔及电极参数的设计制造。产品一次设计制造成功,多项产品现已大批量向国外供货。

niuershiye老师:

   对塑料齿轮研究非常深入,向大家推荐niuershiye老师编写的“渐开线齿廓”软件,可以精确绘制塑料齿轮的齿形、型腔齿形(含渐开线非线性收缩)、线割齿形、刀具等!
我已经进行了实际验证,该软件可以精确的解决塑料齿轮模具型腔齿形的设计、加工等技术难题!对于从事塑料齿轮设计制造人员而言是一个不可多得的好助手!
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PGT齿形
给大家看一下PGT齿形,这一对啮合齿轮m=0.5,z1=8,z2=15的标准齿轮,只是齿形标准不同而已,但是可以看出齿形的差别还是很大的。
这个是塑料齿轮的齿形,是某个公司的标准啊

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PGT1.jpg (94 KB)

2008-4-16 11:51

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2008-4-16 11:51

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2008-4-16 11:51

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2008-4-16 11:51

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齿轮变位选择方法简介
给大家看一张图,是niuershiye 老师一个软件中的,已经实现了变位系数方法计算的软件化,对于从事齿轮设计很有帮助的!一共有9中变位方法,看看大家知道多少,自己能过多少中变位方法?

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变位方法.jpg (64 KB)

2008-4-16 11:52

变位方法.jpg

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讨论很多问题都是围绕着齿形转了
以后请大家继续支持,讨论一下塑料齿轮的铜公加工以及刀具设计的问题,这两个问题也是塑料齿轮制造必须要考虑的两个问题,其原因是:
(1)铜公是加工型腔的一种方式,虽然直齿可以直接用线割加工,但是如果是斜齿,尤其是角度较大的时候就要考虑铜公的问题了!还有就是蜗杆模具型腔的问题,则就必须要用铜公放电才能加工出精确的模具型腔了!
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这个问题就转到塑料蜗杆副设计讨论中进行
(2)刀具设计是因为塑料齿轮的铜公是包含收缩的,问题就提出了一个刀具的问题,如何设计一个专用刀具加工铜公就是要考虑的了!所以必须要考虑刀具的设计。
请高手指点了!
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读书摘记
实践证明:符合理论齿廓与理论齿向的齿轮传动不一定具有良好的动态性能。《齿轮手册》
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这句话包含的意义很深刻:(1)理论与实践有差异;(2)齿轮啮合不是静态的,是一个动态啮合过程。(3)究竟什么样子的齿廓才能具有良好的动态性能那?圆弧齿轮是基于渐开线的基础上的一种改型的齿轮,它的啮合状态有时候优于渐开线的齿轮。这也是为什么渐开线齿形可以用圆弧来代替的原因吗?三段圆弧可以很好的拟合渐开线的形状。
疑问:那种齿廓的理论计算与实际最接近那?
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齿形线膨胀定理
最近看资料是看到一个关于齿形的线膨胀定理,和我在文章写的变模数法设计塑料齿轮模具的型腔的观点比较类似,写出来让大家看一下:
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齿形线膨胀定理
任一几何体在线膨胀前后都有相似性,因此线膨胀前后的渐开线齿轮也具有相似性,从而有以下的定理和推论:
【定理1】(渐开线齿廓线膨胀定理):渐开线齿廓线膨胀后仍然是渐开线。渐开线齿廓膨胀后,其基圆半径、分度圆半径、模数和齿厚等长度参数都是按线膨胀率变化,而齿廓对应点的压力角(伞齿轮的分锥角)等角度参数保持不变。
【推论】:在同一圆周上,线膨胀后渐开线齿廓的压力角小于膨胀前的压力角。
【定理2】(渐开线平行定理):与已知渐开线平行的曲线也是渐开线,且与已知渐开线具有同一基圆。【根据渐开线展开原理很容易证明定理2】
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这个两个定理及推论可适用于齿轮精锻模齿形、锻件齿形、塑料齿轮模具型腔齿形、粉末冶金模具型腔齿形等的齿形设计计算的理论依据。
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有高见的人可以看看这两个定理和推论,如果可以证明一下就更好了!
我现在正在琢磨怎么证明它~!
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请高手出来看看这个齿形线性膨胀定理了
我有两点疑问:
(1)该定理看似应该是只考虑的平面变形,即二维的变形,对于几何体的体变形好似没有考虑。
(2)膨胀后的渐开线真的是和原渐开线平行吗?如何证明那,设定是二维平面几何问题,那怎么证明那?
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齿根过渡曲线是很重要的,对塑料齿轮的齿形绘制是非常重要的。涉及齿轮啮合的干涉和强度问题,也是齿形绘制的一个难点!

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齿根过渡曲线.jpg (57 KB)

2008-4-16 11:55

齿根过渡曲线.jpg

最新齿根过渡曲线.jpg (57 KB)

2008-4-16 11:55

最新齿根过渡曲线.jpg

齿条刀具加工的三种齿根曲线的等距线.jpg (58 KB)

2008-4-16 11:55

齿条刀具加工的三种齿根曲线的等距线.jpg

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根据齿轮啮合的要求,只要m1*cosa1=m2*cosa2就可以的,所以两个模数不相等不一定不能正确的啮合,还有一个压力角是可以调整的。所以模数和压力角不相等的两个齿轮不一定就不能正确啮合的!
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在这个帖子里我上传了几张关于齿根过渡曲线的图。所谓过渡曲线干涉是指:由于轮齿根部有一段是由刀具齿顶圆角加工出来的过渡曲线,当此过渡曲线与另一齿轮的渐开线齿廓接触时,不能保证正确啮合,甚至可能使齿轮“卡住”,这一现象就叫做“过渡曲线干涉”。
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由于塑料齿轮是一种仿形加工,所以一定要注意过渡曲线干涉问题,除了设计时要避免,还要在齿形绘制的时候要避免!
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塑料齿轮制造精度讨论
很多人对塑料齿轮的制造精度不是很熟悉,而且受金属齿轮精度的影响,认为塑料齿轮的精度可以采用金属的精度标准,其实这是不合适的。一般情况下,若是采用金属齿轮的精度标准,如ISO1328的标准,那么塑料齿轮的精度可以这么划分:
1.高精密塑料齿轮: 7级以上;
2.精密塑料齿轮:8级;
3.普通精度塑料齿轮:9、10级;
4.低精度塑料齿轮:11、12级。
另外,这个标准划分是自己经验的,没有见到有关的说明。一般情况下,塑料齿轮受材料收缩特性的影响,精度不能像金属齿轮那样可以做到4级,以目前的加工制造水平,8级塑料齿轮已经可以说是精密塑料齿轮了,其应用已经是很好的!
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塑料齿轮的精度一般在8~12级,7级以上的已经出现,但是不多见了!
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这是个人见解,见到很多人问塑料齿轮的加工精度问题,所以给出一点经验了!
如果有高手还有更好的见解,请斧正了!
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斜齿与直齿加工制造难度分析
斜齿的制造难度要高于直齿,原因分析如下:
(1)模具加工因素。直齿的模仁齿圈可以采用高精度的慢走丝线割,其线割的质量非常高,尤其是在表面粗糙度和切割精度上非常高;而斜齿由于螺旋角的存在,导致其模仁齿圈必须采用放电加工,放电就要有电极【铜公】,这个铜公通常是采用定制的滚刀加工出来的,按照现有的加工方式,斜齿铜公的放缩必须考虑两个因素:一是塑料自身的收缩,而是放电间隙。由于受塑料收缩难以精确量化和放电间隙的不准确性因素影响,所以制造精确的电极是有一定难度的。在用电极放电加工齿圈时,必须附加螺旋运动使电极按照螺旋运动加工出齿圈,这一运动的存在直接导致机床的精度将加入齿圈的加工精度中。换言之,齿圈的精度受火花机精度的影响。这些因素综合在一起决定了斜齿模仁的加工难度要高于直齿。
(2)注塑因素。直齿出模可以直接顶出,但是斜齿必须旋出。斜齿旋转出模时由于受力的因素,导致出模时受力较大,所以导致斜齿出模过程中有较大的变形。这些变形因素导致注塑出来的齿轮产品在齿形精度和径向跳动指标上要低于直齿。
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