小模数齿轮设计

阿辉

近两年，帮几个企业改善齿轮传动，碰到不少型腔类（塑胶、粉末冶金、锌合金）齿轮的设计不良导致噪音、强度等问题。
例如：


很明显，上图都不是好的设计、甚至是错误设计。不是齿形不对，就是齿根过渡不对，有的即便对了，也没有优化参数或没有优化齿根曲线。

对于小模数（特别是小于m0.6）少齿数的齿轮，要想做到精确设计，只掌握机械、齿轮手册或使用Kissoft等软件，还远远不够。至少还需注意以下几点：

• 齿顶倒圆对啮合参数的影响
  型腔类齿轮齿顶，不可能没倒圆。
  模数小于0.6，倒圆对滑动率、重合度的影响就比较大了，必须计算在内。
  例：
  m0.5，Z12:Z61，xn1=0.43、xn2=0.094697749，中心距18.5，齿顶倒圆0.1
  
  
  若不考虑齿顶倒圆， 滑动率为 3.067、1.689；重合度为1.4067。
  考虑了齿顶倒圆0.1，滑动率为 1.756、1.585；重合度为1.2714。
  特别要留心两个均为少齿数的型腔类小模数齿轮副，稍不注意，重合度就会因齿顶倒圆而小于1，影响传动的连续性。
• 中心距允差
  很多齿轮盒为塑胶制品，不同注塑条件下，尺寸有变化。
  作为这类齿轮设计，必须给出准确的尺寸允差，来限制和规范塑胶件的变动。
  中心距变动下的啮合示意：
  
  在此例中，中心距综合允差为+0.15/-0.1。
  刨去齿轮径跳允差、齿顶圆允差、轴孔间隙允差后，中心距允差为+0.07/-0.03，比较合适。
• 齿轮精度
  根据验算经验，型腔类小模数齿轮精度不能大于10级（GB/T 10095或ISO 1328）。否则会严重挤压中心距、侧隙、轴孔间隙的允差空间。
• 齿根过渡曲线
  经常遇到齿根弯曲疲劳断裂的问题，齿根强度不可等闲视之。
  推荐采用齿条刀具展成的全圆过渡曲线，最好采用插齿刀展成的椭圆过渡曲线，下图示：
  
  并且，在最小综合中心距情况下，要校核过渡曲线干涉：
  
• 侧隙
  不仅要考虑在最小综合中心距情况下，要留有0.05m左右的最小侧隙，还要照顾到侧隙太大对齿体强度的影响。
• 平衡强度
  当遇到金属齿轮与塑胶齿轮啮合时，应尽可能减小金属齿厚，加大塑胶齿厚：
  
  上图灰色为锌合金齿轮，与之啮合的黄色塑胶齿轮明显加厚，加上齿根过渡曲线的考究，塑胶齿轮比根切的原设计强度至少提高40%左右。
  

至少做到以上最基本的6点，才能说，你的型腔类小模数齿轮设计是精确的。

阿辉

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中航工业李工

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