塑料齿轮设计注意事项

1、塑料齿轮是慢丝切割的螺纹可以对半分模，也可以旋转抽芯张学孟先生提出过两种噪音指标：一、控制最大滑动比的噪音指标Bcgo原理是：在齿轮基圆的附近的渐开线的曲率变化大，敏感性高，齿面在啮合时的接触滑动比也大，所以在基圆附近的齿高传递力时，力的变化比较剧烈，齿面的粗糙度对力的影响也大，因此容易引起齿的振动，产生较大的噪音。所以，应该使啮合起始圆尽可能的远离基圆。二、摩擦噪音指标。原理是：先说两个定义：1、主动齿轮的节园到啮合起始圆的这段弧形称为进弧区；2、从节园到其齿顶称为退弧区。当齿面接触由进弧区移动到退弧区时，摩擦力的方向在节园处发生突变。在进弧区内，主动齿轮的齿腹先于从动齿轮的齿顶接触，齿面滑

2、动的方向是朝着主动齿轮的齿顶，摩擦力与之相反。摩擦力产生的力矩的方向正好和主动齿轮加载的方向相同，因此摩擦力增大了齿面的法向压力。刚超过节园时，摩擦力随着滑动方向的改变而改变。齿面受力发生突变，导致牙齿发生振动而产生噪音。减小从动齿轮的外径和增大主动齿轮的外径和改善摩擦噪音指标。2.关于塑齿双啮测试压力的规定目前未查到国内相关标准是如何规定的；日本的齿轮标准：JISB1702-3_2008和JISB1752_1989都对测试压力进行了规定。这两个标准对于塑齿测试压力的规定是一致的，如附图所示。但是问题是：这两个标准中对于塑齿测试压力的数值规定明显的偏大。以1个模数，齿宽b=20mm的齿轮为例，

3、标准规定的测试压力是5.4*2=8.4N=856.56161890146gf=0.85656161890146kgf,这对于一般的双啮仪提供的测试力范围是不相符合的。而且这个力明显的偏大。从实际的情况是，对于塑齿的双啮测试一般是在100gf200gf,一般取200gf=1.96133N弋2N。对于塑胶斜齿轮一般都是用滚齿加工铜公，然后再用铜公加工模具。对于斜齿设计推荐用标准的，但是如果斜齿轮的齿厚很小的情况下，在精度要求不是很苛刻的条件下也可以考虑用线割的方式直接割除斜齿齿廓，其出差在um（丝）级的。但是在实际应用过程中，由于模具齿形加工要考虑收缩率对齿形的影响，所以即使是设计为标准的模数也不

4、可能用标准的刀具来加工齿形，而且塑料齿轮的应用环境多为小功率多传动，故模数设计可以采用结构化的设计方法；图片:AMEWCANMMXMALSTANCAAOHgw.6*Comparivonolvhrinkag*Ininwhfwlptnlofiwfthsharp*ndrouncfodffllatv|按照收缩率,零件形状(红色)与模具型腔(黄色)收缩车000,T-2.0Q72002-0.81.2-3.03.0-4.00.4-0.T0.6-0.8I0-2.51.5-2.2许用表.100-200齿轮传动设计手册中将齿轮传动噪音产生原因主要归结八个方面：1齿面接触不良。2齿距误差过大。3齿形误差过大。4齿面

5、光洁度差。5中心距误差太大。6齿轮轴传动扭矩有波动。7滚动轴承噪音。8齿轮箱将噪音扩大。八个原因中有四条是关于四个是关于制造精度的，可见制造精度对传动噪音的影响是很大的。*这8个原因说的很笼统，不见得那个指标差就造成噪音大。以下为个人理解，请高手斧正！(1)齿面接触不良：这个原因只能是定性的描述，即使是使用接触斑点测量也是靠经验的【标准中有明确的说明，接触斑点是经验型的检验，依靠个人的经验，不精确！1尤其是对采用塑料等高分子材料制作的塑齿，齿面的接触直接跟材料、齿形、齿向、受载状况等绝对的齿面接触，难以明确说明什么情况下是好的！(2)齿距误差过大：这个可以明确的测量，但是齿距偏差过大易造成动态

6、载荷【主要是加速度造成】，容易引起齿轮的振动，振动产生噪音。这个可以这么说，但是齿距偏差的大小对噪音的贡献也是只能是定性不能定量。未见那本专著对该指标进行量化。(3)齿形误差过大：这个就更不好说了。本人在一本专著中看到：即使是完全理论的齿形，啮合效果都不一定好。这也是修形技术出现的一个基础点。为了改善啮合状态，提高载荷变化的均匀性，要根据某些需要对齿形进行适当的修形。所以齿形误差过大是否就是对噪音产生的贡献大，这一论点也欠支持。(4)齿面光洁度差：这个倒是对噪音有比较形象的解释。因为齿面粗糙导致啮合过程中齿轮振动，振动产生噪音。但是有一点值得注意：如果轮齿采用弹性比较好的材料可以实现吸振，那么

7、这时粗糙度和弹性的综合作用下的振动才齿面的粗糙度即使有点差也可以通过材料弹性来吸收,是噪音的主要产应源泉。(5)中心距误差太大：这个是和侧隙相关的。经验告诉我们，侧隙大了噪音大，侧隙小了噪音也大。至于侧隙多小才合适，只用通过试验来验证。鉴于侧隙是中心距与齿厚偏差二者的综合影响，所以中心距误差大只是定性的说噪音有可能大。还有一点值得注意：采用双啮测试过程中测试功能齿厚可以模拟某些实际啮合的效果，这也就是说实效齿厚是影响啮合效果的一个因素，而中心距偏差只是影响实效齿厚的一个因素，所以，噪音产生的原因是实效齿厚的变动，而中心距是影响实效齿厚的一个因素而已。(6)齿轮轴传动扭矩有波动：这个相对比较好理

8、解一些，力矩波动造成齿轮转动过程中有振动，振动产生噪音，有一定得说服力，但是也是定性的描述。(7)滚动轴承的噪音：对于使用滚动轴承的齿轮副有一定的影响，有两个方面：一是滚动轴承自身的噪音，二是滚动轴承作为支撑对齿轮轴的偏心或倾斜有一定影响，造成齿轮啮合不良(定性的说明)。(8)齿轮箱将噪音扩大：这种情况只有箱体的固有频率和齿轮的振动频率比较接近的状态下产生共鸣加速振动造成噪音扩大，和音箱的效果差不多。这种情况很容易解决，只要改变箱体的结构就基本上可以避免，尤其是对铸造或是塑料壳体，通过筋位的分布可以有效的解决。1 .材料：如果用于力矩传输，尽量选用聚甲醛，承载能力和尼龙差不多，但摩擦小，效率高

9、。如采用PC多半要崩齿的。如果用于转速传递，POM,PC,ABS都可以。2 .模具问题聚甲醛收缩大，余量一定要足够。3 .模具加工常规的是采用线切割加工型腔，在我的经验看不太适当。因为，齿形的误差会累积到最后一个加工的齿。从而造成径向跳动出现尖峰。我们现在的做法是用精密滚齿机加工电极，然后用电火花打，效果很好。当然，我的齿片比较薄，只有24毫米。一、直齿轮直齿轮的模具型腔一般多采用线割加工，其步骤是：第一步，绘制理论齿形；第二步，绘制放缩后的齿形；第三步，绘制线割齿形，主要是确定线丝的运动轨迹【目前，常用的慢走丝机床上都自动具有这个更能，这里只是要说明一个问题】。问题：第一步没有问题；第二步的

10、放缩方法多采用变模数法解决，其实质和就是做了一个非标的齿轮，这个齿轮的齿形还是渐开线的。第三步，由于机床自动带有放电间隙的自动补偿功能，所以很多人不了解，但是这个很关键。第三步机床要自动补偿放电间隙，那么理论上说放电间隙一定时，线丝的轨迹就是第二步放缩后的齿形的等距线，渐开线的等距线依然是渐开线。如附图所示。也就是说慢走丝机床线丝的运动轨还是渐开线。二、斜齿轮斜齿轮由于螺旋角的存在不能采用线割加工，那么就要采用非标的滚刀加工电极，然后采用电极放电加工。由于电极采用的是滚刀加工，而且这个滚刀多是采用变模数法制作的非标滚刀，但是这个滚刀滚切出来的电极齿形依然是渐开线的。这时，到了第三步要放电了，根

11、据直齿的第三步我们知道：放电间隙后的齿形还是渐开线的，是渐开线的等距线+过渡曲线的等距线。这时采用的电极齿形依然是渐开线的，所以可以采用电极放电的方式来制作模具的型腔。）如果做传递动力用，应该采用大压力角，譬如25。的压力角。楼主认为是因为塑料的变形比较大，采用大的压力角，齿的弯曲强度会比较高。这一点我觉得要一分为二的看，大压力角确实能够在传递动力的时候，在标准设计的情况下，注意，是在标准设计的情况下，承载能力比200压力角偏大。可是，塑料齿轮设计是没有必要采用标准模数的，更加没有必要去采用什么标准压力角和标准齿高。如果采用小一些的压力角和较高的齿高呢？就是所谓的“长齿”，情况似乎有些不同。不

12、知道你经过计算或者是使用有限元分析过没有，我在一次设计中，就发现采用17.5压力角的模型应力更小，也就意味着承载能力更大。当然，在传动动力里面，我知道的很多都采用小压力角长齿的，除了它运转更平稳以外（重合度大），承载能力也被被试验证实比标准设计要大。塑齿要实现以塑代钢，关键是塑料原材料。目前从强度角度看，强度比较高的塑料有PEEK,其次就是DSM公司的PA46.从成本看，PEEK材料太贵，PA46成本是一般的PA66的一倍左右，但是可以用于PA66难以适用的高温高湿环境中，这样对于选择PA66强度不足的塑齿，可以优先考虑PA46+50%GF,这对于设计者是一个可以斟酌的选择。PA46可以在20

13、0c以上正常工作而不会软化！一一这就是这种材料的最大特点！PEEK用来做齿轮的确是太昂贵了，但关键是看使用条件和客户取向,VICTREX提供的PEEK我们一直在使用，在高温下的耐磨T能的确优越，也曾经使用过DSM生产PA46材料，当时在同等高温负载条件下,PEEK+GF比PA46+CF耐磨性能要好，磨损量差别在0.030.05mm.PEEK的注塑加工条件比PA46要求高，必须使用进口耐高温螺杆，且材料热流动性差.目前正在使用DSM的TW341进行耐久实验！在耐磨性方面，DSM的分类方法如下：高速状态下（高相对滑动速度），耐磨性最好的依次是TS271A1,TS272A1,TE373,TW371,

14、TW341,TW271B3,TW241B3,TW200B6,TW271F6,TW241F6,TW241F10。在低速重栽下的数据目前未能详细比较，TW271B3,TW241B3,TW200B6TW371>TE373>TW341内部数据有PA46TW341和PEEK450G的比较，我们的磨损性能远好于对方。塑齿材料内润滑剂的添加采用添加润滑剂的工程塑料制作的塑齿可改善塑齿的摩擦及磨损性能。常用的润滑添加剂材料有：(1)聚四氟乙烯：具有极低的摩擦系数，在齿轮运转时，能在齿面上形成高性能润滑膜。【注】聚四氟乙烯，英文术语是Polyfluortetraethylene,英文名为Teflon

15、。根据英文读音，国内也有人将聚四氟乙烯称为铁氟龙、铁富龙、特富龙、特氟隆等。工程上常用简写PTFE表示。硅油：与塑料只能部分相溶，未相溶部分能迁移至表面，形成边界润滑膜。硅油可与PTEE一起使用，在摩擦面上形成耐热润滑脂，效果更佳。(3)石墨：属于低效价廉润滑剂，可形成边界润滑，但效果较小。(4)MoS2:仅对聚氨酯有效。它是在聚氨酯熔体冷却时起成核剂作用，以此提高其结晶度。但要注意：若模温较低，熔体会迅速冻结，在齿轮表面形成无定型的皮层，就起不到耐磨效果。(1)蜗杆斜齿轮啮合：从目前的相关文献资料看，这种啮合似乎是不符合啮合原理的，也就是说理论上是不成立的一种齿轮啮合形式。现在在塑料齿轮设计

16、中，常采用普通蜗杆，如ZA、ZN、ZI蜗杆与渐开线斜齿轮实现啮合，从实践看，采用ZI蜗杆与斜齿轮啮合的效果比较好，但是ZI蜗杆加工需要专用设备或者是磨齿加工，所以为了降低加工难度，可以采用ZN蜗杆替代ZI蜗杆，主要原因是在小模数小导程角的状态下，ZN齿形接近ZI齿形；对于斜齿轮还是采用渐开线制式的，如果齿宽不大，可以考虑采用慢走丝线割加工。这两种替代方法对于降低制造难度和制造成本是非常有利的。(2)从文献看，蜗杆与蜗轮是配对的，即：ZA蜗杆需配ZA蜗轮，也就是ZA蜗轮是采用ZA蜗杆的刀具加工而成，是一种包络过程，因此，ZA蜗轮严格意义上并不是渐开线的斜齿轮【去掉喉圆部分后依然和渐开线齿轮是两个

17、东西】。因此，蜗杆斜齿虽然是用渐开线斜齿代替蜗轮，但是实际上一种工程近似。这种工程近似可以采用原因是：蜗轮加工采用蜗杆包络而成，加工蜗轮的刀具是根据其配对的蜗杆来设计的，但是蜗轮刀具并非其配对蜗杆，所以加工出来的蜗轮与原蜗杆啮合过程中有二次的包络过程，即磨合过程。这种磨合过程中，蜗轮的齿形将随着配对蜗杆的齿形而发生一些微小的变化，起到修配的作用，使蜗轮的齿形符合蜗杆的齿形，实现正确的啮合。基于此原因，采用渐开线斜齿轮与蜗杆啮合的近似方法，实际上是利用了蜗杆的二次包络过程一一磨合，将渐开线斜齿轮修配成与蜗杆配合的齿形，从而实现啮合。从实践看，ZI蜗杆与渐开线斜齿轮的啮合效果比较理想，ZN差一些，

18、ZA最差。为减低磨合过程中磨损量，设计与制造多采用ZI蜗杆与斜齿形式。(3)从渐开线斜齿轮包络蜗杆的形式看，渐开线斜齿轮包络出来的蜗杆的齿形是TI,不是ZI,【见吴序堂的齿轮啮合原理第264页5.6综合实区JTI蜗杆传动】。从这种啮合形式看，渐开线斜齿轮与蜗杆实现正确的啮合，只要采用TI蜗杆形式是比较符合啮合理论的。*蜗杆与斜齿轮的设计虽然是工程近似，但是依然是一条降低制造难度和成本的好途径，根据个人意见，该类型的齿轮副设计遵循几点：(1)蜗杆与斜齿轮的法向模数相等；(2)蜗杆法面压力角=斜齿轮法面压力角；(3)蜗杆导程角丫=斜齿轮螺旋角0,且二者旋向一致；【蜗对于蜗杆与斜齿轮的变位设计，推荐

19、不采用。这是由于蜗杆节圆导程角*斜齿轮的节圆螺旋角杆蜗轮副中：蜗杆的节圆导程角=蜗轮中圆螺旋角，而不等于蜗轮的节圆螺旋角，这是由于变位所致】从考虑磨损看，推荐采用蜗杆斜齿轮非变位设计是优先推荐的一种方法。作为传递运动的方式，杠杆传动和斜面传动是传动的两大基本传动形式。对于大多数的齿轮传动，都是利用杠杆传动的基本原理，少部分齿轮传动，如蜗杆传动，谐波齿轮传动，则分属于斜面传动的一种。在斜面传动中，当斜面的角度小于摩擦角时，不论在放置斜面上的物体上施加多大的竖直方向的力，物体都不会移动。蜗轮蜗杆传动是一种简洁，且相对高效的斜面传动，当蜗杆的螺旋升角小于摩擦角的时候，蜗杆可以驱动蜗轮，而蜗轮却不能驱

20、动蜗杆，这被称之为自锁。蜗轮蜗杆的自锁，主要是靠蜗轮蜗杆两表面间的摩擦阻力，摩擦阻力越大（同等条件下），蜗轮蜗杆的自锁性就越好。设计师们利用蜗轮蜗杆的这种特性，设计出了很多优秀的作品，譬如，电梯里面的驱动机构，车窗马达，座椅调节马达等。蜗轮蜗杆如果要求自锁，那么，蜗杆导程角就比较小，相应的，蜗轮蜗杆的效率就比较低，理论公式表明，在自锁的蜗轮蜗杆中，蜗轮蜗杆的效率要小于50%o对于小尺寸的齿轮马达来说，蜗轮蜗杆的自锁是非常宝贵的一个特性，利用它就可以设计出现有的车窗驱动齿轮箱，也就是windowlift。现有的windowlift分成两大派系，一派是以蜗轮蜗杆的自锁为主的，大部分的设计者都采用了

21、这样的设计；一派是以clutch（离合器）的机械自锁+高效蜗轮蜗杆传动为主的，后者以denso的为主，它生产的clutch性能可靠且稳定，已经申报了国际专利，已经有数个模仿它的专利做出来的专利，但是实用性都不是不如denso的强。denso的实用性强，性能稳定，但是也并未没有缺陷，它内含部件的加工成本，材料成本令人生畏。是塑料蜗轮蜗杆设计的精髓：Therearemanyapplicationswherethegearmustbedesignedtowithstandstalltorqueloadingsignificantlyhigherthanthenormalrunningtorque,andinsomecasesthisstalltorquemaygovernthegeardesign.Todeterminethestalltorqueagivengeardesigniscapableofhandling,usetheyieldstrengthofthematerialat