关于渐开线塑料齿轮设计制造方法的讨论

现在塑胶齿轮已经在很多的场合中使用了，但是到现在为止还没有见到一本关于塑胶齿轮设计的图书。现在的塑胶齿轮很多都是借鉴金属齿轮的设计思路，但是很多时候金属的设计思路难以符合塑胶齿轮的设计。本人先列举一下问题，希望高手能参加讨论： 1 关于根切：塑胶齿轮都是用模具注塑而成，在加工过程中依然在根切，虽然线割是根据齿形加工的，是仿形的加工方法，与金属滚齿加工是有差异的。 2 关于模数：金属齿轮形成了一整套的模数系列成为标准模数，而这个标准模数的建立是以方便加工提出的，就是想用一把刀具尽可能加工多种齿轮而已。但对于塑胶模具而言，一套齿轮模只能注塑一种齿轮，加工过程是线割的，因此模数可以随便设置，只要绘出齿形就可以作出，根本不用考虑模数是否标准。 3 变位：金属齿轮的变位是从安装的角度提出的，是根据渐开线的可分性提出齿轮的变位思想的。这种变位思想从而引申出齿轮变位后强度、根切等其他的问题。这种思想的建立是以金属简化为刚体为模型的，但是现在塑胶齿轮的各种性能和金属根本是不同的，塑胶齿轮的变位对齿轮的影响主要是安装，其次才是强度。 4 压力角：现在一般的压力角都是20或者14.5或22.5等。但是考虑塑胶的变形比较大，即使是设计压力角为20，但是实际的塑胶齿轮的啮合压力角也不会就是20，变形的影响对压力角的影响应该是很大的，此时不用简单的把塑胶齿轮简化为刚体模型进行分析了。因此，如何考虑实际的压力角才是最有实际意义的。 5 内齿参数计算：金属齿轮内齿的参数计算是根据刀具参数来定的。但是如果是塑胶齿轮的内齿，根本不会涉及刀具的问题，也是线割的，此时的计算公式与金属的根本不同。但是到目前未知本人还没有找到一个可以参考的计算方法，如果有那位仁兄知道望不吝赐教！ 先写这些了，望高手之处不当之处！欢迎大家提出自己的见解！
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更正了关于根切的说法！

继续补充一条：
6 对于塑胶蜗轮蜗杆副，一般都是用塑胶斜齿轮代替实际的蜗轮进行设计，斜齿轮的螺旋角就是蜗杆的导程角。其力学校核的方法也与金属的差别很大。金属是基于刚体模型进行的力学校核，但是塑胶的校核应考虑到塑胶受热时温度上升导致的强度等力学指标下降。详细的校核方法可以参考“塑胶齿轮设计精要”。

继续：7 关于塑胶齿轮非标准化设计的分析
目前，金属齿轮已经实现模数和压力角的标准化，其标准化的依据是便于加工。但是根据齿轮正确啮合的条件：m1*cosα1=m2*cosα2可以知道，只要满足这个等式就可以设计出正确啮合的两个齿轮。塑胶齿轮是通过模具注塑而成，因此不存在加工的难易，故可以将塑胶齿轮设计成非标准的齿轮，而且这样设计有意向不到的好处，分析如下：
  考察cosa函数：在（0，π/2）的区间内，余弦函数是减函数，即a越大cosa越小。如果m1和a1取标准的，例m1=1,a1=20，这时可以设计出一个很理想的非标准的配对齿轮，而且这个齿轮的模数和压力角都变大了。在齿轮设计时压力角和模数增大都能提高齿轮的综合强度，这样对于需要输出动力的齿轮而言综合强度的提高是益处多多的。
因此，塑胶齿轮的设计思路可以变得更加开阔也更有实际的使用价值。 [s:15]  [s:15]

楼主的分析很对，也说明对齿轮传动有很深的理解。非常支持楼主。
常见的根切就是因为刀具顶部引起的，这一部分主要是在展成法加工中切出齿轮的齿根，是非啮合部分。用线切割加工出的齿形完全可以脱离展成法，形成自己的齿廓。
关于变位，在金属齿轮传动中主要是改变强度，次要的是凑中心距。但变位还会引起齿面滑差的变化，所以，塑胶齿轮更应该有相应的变位方法，不能照搬金属齿轮传动。

楼主的见地很好。但楼主老是提到塑胶齿轮的模具用线割，也有用EDM的啊，那么铜公是不是就要用刀具加工呢？

回复5楼：
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级的。
回复6楼：
对于塑胶齿轮的强度是要考虑的，但是一般情况下，选择塑胶齿轮时说明传动的力是比较小的，而且很多塑胶齿轮都是小模数的，这一点也说明了塑胶齿轮使用的目的不是重力传动而是重传动的传递！关于强度校核问题请参考塑胶齿轮设计精要一文的计算方法，切记：该方法仅供参考，且不同于金属的力学校核！
对于滑动比问题，我也遇到了，一般情况下，对滑动比只要比较接近是行了，没有必要一定要相等。塑胶齿面是比软齿面还要软的，其变形量较金属要大，因此过多的考虑滑动是不必要的！ [s:15]  [s:15]

更正一下：
在回复5楼中：“其出差在um级的”应该是“其误差是几个丝”，大家可以用UG齿轮模块画出斜齿轮，然后画一条斜线，两个测量对比一下就知道了！ [s:15]  [s:15]

不能用滚齿来加工铜公吧，滚齿刀都是标准的而塑胶齿轮在考虑了收缩之后它的模数是非标的！

当塑料齿轮设计的要与金属齿轮啮合时也要按标准的计算

回复15楼：其实即使是塑胶齿轮和金属齿轮的啮合也不一定设计成标准的，其实应该这么说比较合适：对于滚齿和插齿的成型方式的齿轮啮合采用标准的设计是为了提供刀具的利用率；如果我的金属齿轮是压铸的或者是粉末冶金的，那我也没有不要设计成标准的。
其实齿轮的标准设计的出发点就是考虑刀具也就是考虑加工的方便而已，如果我们现在是不用刀具了，那这一个设计标准的出发点也就不存在了。
因此，齿轮设计是否标准要根据齿轮的加工方式而定，而不是不管什么方式一定要做成标准的！
根据一些经验看，塑胶齿轮的压力角取大一些，比如22.5，25等要比20度的压力角好很多的！ [s:14]