Proe/Creo动力型塑料齿轮轮系设计详解

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査了解，尽可能多的收集相关数据

1.1 所设计的塑料齿轮轮系的类型

这是最优先需要做的事情：依据设计要求，确认所设计塑料齿轮轮系的类型。

塑料齿轮依据功能分类，可分为运动型塑料齿轮和动力型塑料齿轮。

运动型塑料齿轮：传递载荷轻微的仪器、仪表及钟表用齿轮。

动力型塑料齿轮：传递载荷较大的汽车（雨刮、摇窗、启动电机等）及减速器用齿轮。

//为了避免交流出错，作者称呼为计时型和power型

从功能分类可以看出，实际上我们所设计的大部分塑料齿轮，都是要求power型的。例如各种电机对应的塑料齿轮轮系基本都是。

但作者所知，国标中并没有针对power型的塑料齿轮齿形标准，作者也仅仅是找到美标中有。“塑料齿轮齿形尺寸”ANSI/AGMA 1106-A97推出的AGMA PT(PT 为 Plastic Gearing Toothform的缩写）为适应动力传动（简称动力型）塑料齿轮设计的基本齿条。

关于塑料齿轮标准的选用，参考下图：

如果选错标准，当然就像选错鞋码，错误不断，怎么走怎么疼。

塑料齿轮按照制造工艺划分，又可以分为热塑性塑料齿轮和热固型塑料齿轮。

热塑性塑料齿轮：主要用于功率较小的传动齿轮，模数较小，仍多为m<l. 5mm。

热固型塑料齿轮：主要用于模数较大，强度较高的动力传动齿轮。

但热固型塑料齿轮的加工方式为机械加工，比金属齿轮并没有量产上的优势。所以现在的塑料齿轮，都希望采用注塑加工的热塑型塑料齿轮，并且在材料和齿形设计上寻求优化。

材料上变成增加玻纤、PTFE等混料，设计上采用更加稳健的齿形（AGMA PT 就是），注塑模具更加精密（这个国内发展并不好）。

1.2 塑料齿轮主要工作任务

1.3 工作环境、温度范围、安装空间、使用寿命等

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

3.轮系参败的设计计算

运动型传动轮系对强度的要求低，轮系参数设什时的风险很小，对齿轮强度一般不做过多的考虑要求。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（见表14-10-25 实例一）。设计这类轮系最東要的一点，是确保相互啮合轮齿之间冇足够的齿侧间隙，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的基本齿条和三种试验性基本齿条（也属于AGMA PT）计算齿轮几何尺寸的步骤与方法（见表14-10-25 实例二）

4.塑料轮系齿轮的精度级別

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。

5.避免齿根根切和齿顶变尖的验算

当小齿轮的齿数<17吋，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，a = 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

作出判断（见表 14-10-18) 。

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。

有关以上避免齿根根切和齿顶变尖的验算，参见本章10.2.4节中相关公式。

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：