塑料齿轮设计中的齿根干涉检查及消除.pdf

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1、742012年3月中国制造业信息化第41卷第5期塑料齿轮设计中的齿根干涉检查及消除陈怀国(常州工学院机电工程学院，江苏常州213002)摘要：针对塑料齿轮齿根干涉问题，依据所开发的塑料齿轮设计与制造软件平台建立了塑料齿轮模型。基于塑料齿轮啮合模拟，检查了齿轮副的项根接触情况并且确认是否发生齿根干涉。基于等移距变位齿形的设计，消除了塑料齿轮的齿根干涉。关键词：塑料齿轮设计；齿根干涉检查；干涉消除；高变位系数中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1672—1616(2012)05—0074一O3塑料齿轮以其噪声小、吸振、耐腐蚀、质量轻，线[4l，软件经过自动计算可以快捷地设计出所需

2、可以在无润滑状态下工作，生产率高等优点应用越要的塑料齿轮齿形。软件操作方便简捷，只需点击来越广泛。不但用于在精密机械电子产品中传递几次鼠标就可以完成齿轮模型设计，设计效率高。运动，而且逐步应用于机械传动中传递动力。塑料齿轮采用模具成型的方法生产，模具齿圈的形状决2基于啮合模拟的齿形干涉检查定塑料齿轮的齿形⋯1，因而塑料齿轮的成型不会软件可以同时设计产生2个相啮合的标准直产生金属齿轮范成加工中的根切现象。但是塑料齿圆柱塑料齿轮。按设计的传动比使其进行啮合齿轮如果设计时考虑不周，特别是设计齿数较小或模拟。在啮合模拟过程中，可以观察有无干涉现象压力角较小的齿轮，可能会产生啮合干涉现象。发生。

3、通过图形放大功能，可以将干涉区域的图形自1990年以来，塑料齿轮的研究者已发表的根据需要任意地局部放大。因此，只要存在干涉现论文大多侧重于强度计算、渐开线齿形设计与制造象就能够被发现。通过啮合模拟发现，在塑料齿轮等，未见有塑料齿轮干涉检查的研究论文发表。本压力角较小、小齿轮齿数较少的情况下，小齿轮齿文以笔者自己开发的塑料齿轮设计制造软件作为根部分很容易与配对的大齿轮的齿顶部分产生干平台，研究了圆柱塑料齿轮齿根干涉的情况及检查涉，如图1所示。在图1中，斜线表示啮合线，A方法，并提出了消除干涉的方案，将干涉消除在设处可能发生干涉，干涉的位置在啮合线之外。将A计阶段。处图形放大，可以清晰地观

4、察到发生了干涉，大齿轮齿顶角点造成的干涉最严重，如图2所示。1直齿圆柱塑料齿轮模型渐开线直齿圆柱塑料齿轮以渐开线作为工作3基于等移距变位齿形设计的齿根齿廓，可以采用齿厚偏差控制齿轮副啮合时的侧隙2，因此可以采用分度圆齿厚偏差作为分度圆干涉消除齿厚的减薄量，以计算渐开线部分的齿形。齿根过3．1消除干涉的设计方案渡曲线通常采用一段圆弧或者一段直线一段圆弧，分析发现，干涉的原因在于，齿数较小、压力角以便于模具齿圈的线切割加工。对于齿数大于34较小的塑料齿轮在其分度圆之内的渐开线线段较的齿轮，齿根过渡曲线可以采用一段圆弧；对于齿短，小齿轮的齿根过渡曲线有一部分在啮合时与配数小于等于34的齿轮，

5、齿根过渡曲线采用一段直对大齿轮的渐开线发生接触而造成干涉。线一段圆弧。根据圆柱齿轮几何尺寸计算公式J为了消除干涉可以考虑2种方案：第一种方计算出的分度圆齿厚的减薄量和齿根过渡曲线数案，在原齿形不变的条件下，重新设计齿根过渡曲据，采用渐开线的参数方程生成齿轮工作段渐开线，使齿根过渡曲线向齿根内偏移。这种方法将使收稿日期：2011—09—19作者简介：陈怀国(1955一)，男，安徽泗县人，常州工学院副教授，主要从事模具设计制造及CAD／CAM方面的教学与科研工作。·应用研究·陈怀国塑料齿轮设计中的齿根干涉检查及消除75界线与小齿轮齿形的2个交点，同时程序可以自动计算2个交点的坐标以及2个交

6、点在坐标系中的极径。根据齿轮的变位原理，极径之差的绝对值除以齿轮的模数，就可以作为能够消除干涉的最小变位系数In’如图5所示。由于采用的具体齿形考虑了分度圆齿厚减薄量，齿形的干涉区域边界线是比较精确的，因此计算出的消除干涉的最小变位图1塑料齿轮齿根干涉系数也是准确可靠的。图2干涉放大图形小齿轮齿根强度严重削弱。第二种方案，在齿形设计中采用变位系数，小齿轮采用正变位，大齿轮采用负变位，设计等移距变位齿形。在小齿轮齿顶不图3连续的微小角度纯滚动变尖的前提下，只要有适当的变位系数，就可以消除干涉。这种方法不仅不会削弱小齿轮齿根强度，而且可以提高小齿轮齿根强度。两者比较，本文采用第二种设计方案

7、。3．2消除干涉的最小变位系数塑料齿轮的齿根过渡曲线与刀具直接加工的金属齿轮的齿根过渡曲线不同，因此金属齿轮的变位系数数据不适合于塑料齿轮设计。尤其是为了要消除齿轮干涉，不宜直接采用金属齿轮的变位系图4干涉区域的边界线数数据。将啮合传动的相对运动原理j应用于塑料齿轮，通过采用间接计算的方法，可以获得能够消除干涉的最小变位系数。设想小齿轮不动，大齿轮分度圆沿着小齿轮分度圆作纯滚动。在纯滚动的过程中，大齿轮的齿形在坐标平面内占据一系列的位置。大齿轮