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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
给大家看看齿轮的电极图
就是用来做齿轮模具的型腔的电极

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蜗杆电极.jpg (37 KB)

2008-4-16 11:58

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斜齿及电极.jpg

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关于齿轮噪音,在ISO1328中的一段表述
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表面织构包含两个特征:粗糙度和波纹度。
表面波纹度或齿面波度会引起传动误差,这种影响依赖波纹的纹理相对于瞬间接触线和接触迹线的方向,如果波纹的纹理平行于瞬时接触线或接触区(垂直于接触迹线),齿轮啮合就会出现一个高音的刺耳声(高于啮合频率的古怪的谐波成分)。
在少数情况下,表面粗糙度会使齿轮噪音的特性产生差异(光滑的齿面和粗糙的比较),一般它对齿轮啮合的频率的噪音及其谐波成分不产生影响。
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关于塑料齿轮设计制造所涉及的知识领域问题:
作为塑料齿轮,是工程塑料与齿轮的结合,它涉及的领域主要有5个方面:轮系、齿轮刀具、模具、注塑工艺和工程塑料。
(1)轮系:轮系是传动系统的整体,是从整体的角度考虑传动系统的组成结构,它涉及轮系的类型、齿轮的齿形、传动比的分配、齿轮的结构等问题。
(2)刀具:单个齿轮的设计制造就涉及刀具问题。尤其是塑料齿轮,在加工模具型腔时需要定制特殊的刀具来加工电极,只要高精度的刀具才能做出高质量的电极,也就才能做出高质量的模具型腔(齿圈)。这也是塑料齿轮模具设计制造的核心问题。
(3)模具:塑料模具的结构和精度是保证塑料齿轮产品质量的重要设备基础。
(4)注塑工艺:注塑对塑料齿轮产品的质量影响很大,同一套模具,不同的注塑工艺做出的塑齿产品差异很大,因此注塑工艺是实现塑齿生产的重要保证。
(5)工程塑料:塑齿产品的原料基础。它决定了塑齿产品的模具结构和注塑工艺,同时对塑齿的啮合、强度具有决定性。
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关于渐开线蜗杆的一种观点:
渐开线圆柱蜗杆(ZI蜗杆)的齿面是渐开线螺旋面,端面齿廓为渐开线。在切于基圆柱的轴截面内,齿廓一侧为直线,另一侧是凸形曲线。ZI蜗杆可视为一个齿数=蜗杆头数的大螺旋角【βb=90-γb】斜齿圆柱齿轮,因此蜗杆不仅可以车削,还可以像圆柱齿轮一样用齿轮滚刀滚削,并可用单面或单锥面砂轮磨削,制造精度比较高。
————————来源:《齿轮手册》上册P6~14。
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这段话很有意义。是否可以这么理解:
  在塑料蜗杆和斜齿轮啮合时,采用ZI蜗杆和渐开线斜齿轮啮合就有了理论根据。而且蜗杆的制作可以采用滚齿的方式加工,这意味着在制造塑料蜗杆的电极时可以采用滚刀加工,这比起车削而言精度要高,而比磨削加工难度降低。
——————请高手指点,尤其是对塑料蜗杆电极加工有经验的同仁!
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关于蜗轮蜗杆啮合方式的理论:
1)线接触:通常的蜗杆传动为线接触,这类蜗杆传动中蜗轮大多用严格的共轭运动关系制造,蜗杆齿面与蜗轮滚刀的基本螺旋面相同(对偶方法)。
2)点接触:点啮合蜗杆传动是今年来为改善蜗杆传递的接触状态和润滑条件而提出的一种新型蜗杆传动,这种新型蜗杆传动大都以一定的齿面修行理论为依据,用非对偶的方法加工制造。
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问题:现在的问题就是塑料蜗杆和斜齿轮啮合为什么是点啮合?如何论证?
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塑料齿轮模具型腔的设计方法,目前以经验为主。主要考虑三个方面的因素:一是理论齿形,二是收缩率,三是线割时的放电间隙。涉及到生产和设计过程,需要一体化操作.[nanguahoudao 网友的发言]
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很同意楼上的观点:
1 理论齿形:按照展成原理进行齿形设计,要保证齿形的正确性;
2 收缩率:这个是难点也是关键点。塑料原料的收缩率是一个范围值,受注塑条件的影响很大;对于渐开线齿形,不仅要考虑径向的收缩,还要考虑齿厚的收缩,是一个综合性很强的技术,需要对工程塑料特性、注塑工艺、齿形设计都有很深的认识的人才可以做好!
3 放电间隙:如果是采用线割,慢走丝机床可以自动补偿,这一点比较容易控制,但是慢走丝的轨迹是折线的,这导致齿形表面粗糙度有较大的影响。如果是采用电极放电则可以提供表面粗糙度,但是这时候的放电间隙和电极的制作将变成一项技术性很强的工作:一是放电间隙要根据经验调试好;二是电极制作必须采用专用滚刀或其他刀具加工,这时候刀具就成了制作电极制作的关键。对于齿轮的刀具,如果做大AAA级的刀具,将极大的提高电极的精度,这对于制造高精度的塑料齿轮是非常有利的。但是这个刀具的成本和技术要求将会难倒众多的工程师。
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对于渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是:两齿轮的基圆齿距相等,即:Pb1=Pb2。
由于 Pb=π*m*cosα,因此,一对齿轮的正确啮合条件变为
    m1*cosα1=m2*cosα2
如果m1,m2,α1,α2可以随意选择,则只要满足上式就能保证齿轮的正确啮合传动。
   在生产中,为了改善加工工艺条件,可以采用小压力角(α=15°)的滚刀加工大压力角(α=20°)的齿轮。【——变压力角加工】这时滚刀的模数就与被加工齿轮的模数就不相等了。同理,也可以采用0°的平面砂轮来磨削α=20°的渐开线齿轮。
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上面所述的变压力角法加工实际上就变成了两个模数与压力角都不相等的齿轮在啮合。那问题是:可否利用这种齿轮副实现传动那?如何计算啮合关系及几何尺寸那?这样是否能提高齿轮的强度那【就是说提高小齿轮的齿根强度,适当减小大齿轮的齿根强度】?
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关于蜗杆与斜齿啮合的观点有不少,我收集了一下,看到有以下几种说法:
(1)渐开线蜗杆与渐开线圆柱斜齿轮啮合:欧阳老师做了很多年了,都是采用的这么啮合方式,在塑料蜗杆副中得到很多的实证。
(2)阿基米德螺线蜗杆[ZA]与渐开线斜齿轮啮合。据说是采用的一种近似啮合方法。
(3)采用延伸渐开线蜗杆与渐开线斜齿轮啮合:这就是本帖中发的那篇论文中的观点,而且还提出了点啮合的理论根据。采用法向模数相等的计算方法。
(4)渐开面环面包络蜗杆与渐开线斜齿轮啮合:这个观点是《齿轮手册》中提出来的,详细内容请参考《齿轮手册》P6-113。
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对于这些观点,请高手们分析一下!
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关于斜齿轮和蜗杆啮合的三个条件:
1 齿形:蜗杆和斜齿轮啮合采用都采用渐开线齿形。
2 模数:蜗杆的法向模数必须等于斜齿轮的法向模数,这样才能保证二者啮合时的法向周节相等。
3 旋向:蜗杆和斜齿轮的旋向必须一致。
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关于齿轮根切的概念剖析
金属齿轮采用刀具范成加工;塑料齿轮直接采用慢走丝切割加工模具齿圈,然后通过齿圈注塑成型塑料齿轮。这两种不同的加工方式对于齿轮的根切是不是有不同之处?下面我们先看看一些著作中对于根切现象的表述。
1.  李华敏的《齿轮机构设计及应用》一书【P44】中对于根切的表述:在用范成加工齿轮的过程中,当刀具的齿顶线(不包括圆角部分)超过被加工齿轮的极限啮合点N1时,齿轮轮齿齿根的渐开线必将被切去一段而产生根切现象。
2.  杨可桢、程光蕴主编,高等教育出版社出版的《机械设计基础》(第四版)(P62)中关于根切的表述:以齿条刀具切削标准齿轮为例,若不考虑齿顶线与刀顶线间非渐开线圆角部分(这部分刀刃主要用于切出顶隙,它不能范成渐开线),则其相互关系如图所示,图中N1为啮合线的极限点。若刀具齿顶线超过N1点,则由基圆以内无渐开线的性质可知,超过N1的刀刃不仅不能范成渐开线齿廓,而且会将根部已经加工出的渐开线切去一部分,这种现象称为根切。
3.  李特文著《齿轮啮合原理》(第二版)【P52】:被切齿轮的齿廓是刀具齿廓曲线族的包络,包络齿廓应该只由正常点构成。如果在包络齿廓上出现奇异点(折断点、歧点和其他形式的奇异点),则表明切齿时将发生根切。【注:这是“平面啮合的根切”一节中提到的。】
从上述的三种表述看,齿轮的根切是由于范成过程中由于啮合关系出现的一种不理想的状态,是理论共轭曲线要实现正确的啮合而造成,与加工方法是不相关的。因此,不论是采用滚齿加工还是注塑成型,根切是必然出现的。
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由于我以前在读书的时候没有深入理解根切的概念,所以在此提出更正。
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在一本书中提到关于ZA齿形的蜗杆副的问题:
1)蜗杆:蜗杆端面齿形为阿基米德螺旋线;轴截面齿形为类似齿条的梯形齿廓;法截面内的齿形为凸形曲线。
2)蜗轮:蜗轮中心平面内齿形为渐开线。
在GB10086-88中提到:
   圆柱蜗杆传动一般为交错轴的两个各绕其自身支撑轴线转动的斜齿轮传动。其中一个为圆柱蜗杆,另一个为蜗轮。
   圆柱蜗杆一般是一个齿数少的直径小与配对蜗轮的宽斜齿轮,其齿体的分度曲面为圆柱面。
  蜗轮是齿数较多,齿体的中曲面呈环面的与圆柱蜗杆配对的一个斜齿轮。蜗轮的齿面为其配对圆柱蜗杆齿面的共轭曲面。
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现在换个角度看:蜗杆采用ZA齿形,斜齿轮采用渐开线齿形。那么这种塑料ZA型蜗杆副可以实现正确的啮合吗??
这一看法就是说:把蜗轮的的齿顶从中曲面的最低点以外的去掉,那么这个蜗轮就变成了地道的斜齿轮,而且是渐开线的斜齿轮。那这就是说:ZA蜗杆可以和渐开线斜齿轮实现了正确的啮合了???
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高手们指导一下!
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塑料齿轮的收缩率的选择并不是核心技术,关键是齿形的技术:直齿轮的齿形绘制、斜齿轮的刀具参数、蜗杆的车刀设计。这三个就是塑料齿轮的核心技术,原因如下:
(1)直齿轮:型腔采用慢走丝线割加工,需要精确绘制齿形,包含精度和收缩的齿形。
(2)斜齿轮:需要采用专用刀具加工电极,这时的滚刀涉及收缩与齿轮的精度要求
(3)蜗杆:蜗杆电极的加工需要车刀或者是磨削或者是五轴的加工中心加工,这个刀具或者建模需要考虑蜗杆的精度和塑料的收缩。
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其实这些都是需要比较丰富的经验的,但是这并不意味着很难掌握。只要仔细研究做几次实验就知道的。
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渐开线圆柱齿轮参数表
在做齿轮设计出图的时候,需要对齿轮的参数给出数值,用于加工和检测。下面我共享一下我自己设计的齿轮参数表,其中包含几个方面“
(1)基本齿廓:用于定义齿轮刀具的基本参数,确定范成的基本齿形。
(2)齿轮几何参数:用于给出齿轮的几何参数数值,主要便于设计绘图;
(3)配对齿轮:主要给出配对啮合齿轮的基本信息,用于指导装配;
(4)啮合参数:主要给出齿轮副的啮合信息,用于齿轮啮合状态的判断;
(5)齿厚测量:主要用于加工时的简易测量;
(6)齿轮精度:用齿轮检测中心等专业设备检测齿轮的精度等级,主要指出检测的标准和检测项。
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这个表格的不同项目分别用于不同的用途,对于设计齿轮的人看到该表就基本上指导齿轮的基本信息了!

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01.jpg (69 KB)

2008-4-16 12:03

01.jpg

齿轮参数表.pdf (205 KB)

2008-4-16 12:03, 下载次数: 0

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ANSI/AGMA 1106-A97 塑料齿轮齿形尺寸一标准中,关于金属齿轮与塑料齿轮关系的论述:

采取模塑方法制造齿轮,所受到的实际限制与采用齿轮切削方法来制造有所不同。每个模具都具有固有的“非标准”属性。模腔(阴模)由于收缩允许误差是变动的,其几何尺寸不可能遵循一个标准。再者,有几种制造阴模的方法与切削刀具无关,即便二者有关联,一般也需要采用专用刀具。因此,模塑塑料齿轮齿形尺寸无需遵循适用机加工成形齿轮的惯用规范。
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常用的普通蜗杆类型有ZA、ZN和ZI三类。在论坛中,很多人介绍蜗杆的建模都是建的ZA齿形的3D模型,但是对于ZN和ZI的3D建模却找不到相关的资料。
对于ZA建模比较简单,因为刀具的位置在轴线上,然后通过螺旋线扫描就可以绘制出3D模型。
但是ZN和ZI的3D建模与之不同。请高手指点一下怎么绘制ZI和ZN齿形的蜗杆的3D建模方法。
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本来这个帖子已经发过,但是没有人解答,所以转到这个帖子下,请高手多多指教!
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对于ZA齿形的蜗杆,我用UG已经完成了3D建模。
如图所示

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ZAWorm.jpg (84 KB)

2008-4-16 12:04

ZAWorm.jpg

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