MC尼龍齒輪的設(shè)計(jì) |
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1.MC尼龍齒輪是金屬等齒輪的替代品
MC尼龍兼有耐疲勞、抗沖擊和耐磨等性質(zhì)，使其在齒輪應(yīng)用上極受歡迎，已成功地應(yīng)用在直齒輪、蝸輪、斜齒輪和螺旋齒輪上有25年的歷史。今天在各行業(yè)，MC尼龍齒輪正不斷地替代鋼材、木材、銅材、鑄鐵、酚醛。
MC尼龍齒輪有如下優(yōu)點(diǎn)；
◆ 運(yùn)行噪音低
◆ 無潤(rùn)滑運(yùn)行
◆ 比傳統(tǒng)的金屬齒輪慣性低
◆ 耐腐蝕性
盡管MC尼龍齒輪的強(qiáng)度明顯比相應(yīng)的金屬齒輪低，由于它的低摩擦性和低慣性，以及熱塑性塑料齒輪輪齒的彈性（彎曲），在很多應(yīng)用上可以直接替代金屬--尤其是非鐵金屬、鑄鐵和未經(jīng)淬硬處理的鋼材。
◆ 材料強(qiáng)度和是否需要潤(rùn)滑？
◆ 節(jié)圓的線速率？
◆ 所需的服務(wù)時(shí)間？
◆ 工作條件下的環(huán)境溫度？
2.直齒輪的設(shè)計(jì)
步驟1
獲得需要的應(yīng)用數(shù)據(jù)
模數(shù)，P
齒數(shù)，N
壓力角，PA
齒寬，f (英寸)
輸入速度，n (RPM)
輸入扭矩，TI
或 輸入馬力，HPI
步驟2
獲得推導(dǎo)數(shù)據(jù)和修正系數(shù)
節(jié)圓直徑，DP=N/P
齒形系數(shù)，y
屈服應(yīng)力，Sb
工作壽命系數(shù)，CS
速率因素，CV
材料強(qiáng)度因素，Cm
溫度修正系數(shù)，CT
◆ 環(huán)境溫度〈100oF, CT=1
◆ 100oF<環(huán)境溫度<200oF
CT=1/1(1+α(T-100oF))
這里， α=0.022 對(duì)應(yīng) MC尼龍
α=0.004 對(duì)應(yīng)尼龍101
α=0.010 對(duì)應(yīng)聚甲醛 |
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步驟3
用公式（1）和（2）計(jì)算最大扭矩或馬力
TMAX= DPSbfyCsCvCmCT/2P （1）
HPMAX= DPSbfyn CSCVCm CT/ 126000 P （2）
步驟4
將最大力矩（TMAX）和最大馬力（HMAX）與已知塑料齒輪的輸入力矩（Ti）和馬力（Hi）比較。
Ti 必須小于或等于TMAX
Hi 必須小于或等于HMAX
如塑料齒輪的Hi 和TI超過TMAX和 HMAX，選另外一種材料或另一分度圓直徑和齒厚，按照新的材料修正系數(shù)重新計(jì)算。
3.螺旋齒輪的設(shè)計(jì)
為確定作用在塑料螺旋齒輪所受的應(yīng)力，需要修改直齒輪設(shè)計(jì)公式1和2，以補(bǔ)償二者之間齒形不同而所受的接觸壓力不同。齒形系數(shù)Y是按可成形齒數(shù)計(jì)算，而不是按實(shí)際齒數(shù)計(jì)算。計(jì)算公式：
Nf = N /（cosU）3
這里:
Nf =可成形的齒數(shù)
N =實(shí)際齒數(shù)
U =螺旋角（度數(shù)）
另外，螺旋齒輪模數(shù)的計(jì)算也不能按直齒輪設(shè)計(jì)公式（1）和（2），而是：
PN = P/ cosU
這里：PN=模數(shù)
從這公式發(fā)現(xiàn)螺旋角增加對(duì)齒輪的影響是很大的。金屬螺旋齒輪通常特點(diǎn)是能降低噪聲和振動(dòng)；值得注意的是，等效的塑料直齒輪可以更有效地降低噪聲和振動(dòng)。
4.斜 齒 輪
斜齒輪齒形系數(shù)y的計(jì)算采用下列公式：
Nf = N/cosφ
這里：φ=分度角（度數(shù)）
值得注意的是對(duì)于斜齒輪而言，公式（1）和（2）中的模數(shù)和分度圓直徑所對(duì)應(yīng)的齒形更大。
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MC尼龍齒輪的設(shè)計(jì) |
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5.裝 配
MC尼龍非常適合制造批量比較小例如500件）的大型齒輪。首先澆鑄成毛坯件，然后機(jī)械加工成制品，其過程與金屬齒輪的加工相似。
這里提供改進(jìn)MC尼龍直齒輪適用性的方法，通常采用一系列的技術(shù)來保證齒輪與軸之間的固定，包括：
◆ 傳遞的力矩較低時(shí)，通過開鍵槽或滾花軸進(jìn)行壓配；
◆ 對(duì)于較便宜的低力矩齒輪，可用螺絲固定；
◆ 對(duì)于數(shù)量較少的驅(qū)動(dòng)齒輪，通過螺栓沿齒寬連接一個(gè)金屬輪轂固定；
◆ 傳遞的力矩較大時(shí)，采用機(jī)械式開鍵槽固定。鍵槽倒圓角后要比方形更好地消除拐角處的應(yīng)力集中。最小的拐角鍵槽面積計(jì)算公式如下：
A = 63000H/nrSk
這里：A=鍵槽面積
H=傳遞馬力
n=齒速(rpm’s)
r=平均鍵槽半徑
Sk=最大允許的鍵槽應(yīng)力，見表15。 |
表15. 連續(xù)工作齒輪的最大允許鍵槽應(yīng)力Sk材 料Sk(㎏/㎝2)MC尼龍+二硫化鉬105.6MC尼龍140.8尼龍6/6105.6酚醛塑料140.8UHMW-PE21.1 |
如果從上面公式確定的鍵槽尺寸不實(shí)用，那么應(yīng)采用帶鍵的法蘭式輪轂和檢查板，檢查板用螺栓連接在齒輪上，螺栓處于特別的節(jié)圓半徑上。所需螺栓數(shù)量及其直徑按下面公式計(jì)算：
最少螺栓數(shù)目= 63000HP/ n r1A1Sk
r1=螺栓的節(jié)圓半徑
A1=螺栓的投影面積（螺栓直徑X與螺栓接觸的齒寬）
在裝齒輪時(shí)不要過度擰緊螺栓，以免齒輪在正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下，因材料膨脹導(dǎo)致齒輪破裂或者螺栓被剪斷。而且，盡管尼龍墊圈的使用效果較滿意，但我們推薦使用杯形墊圈或相似產(chǎn)品。 |
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設(shè)計(jì)要點(diǎn) |
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在設(shè)計(jì)MC尼龍齒輪時(shí)，不僅要考慮材料的許用應(yīng)力，還要考慮它的形變因素。
◆ 塑料齒輪和金屬齒輪相配合時(shí)，當(dāng)全為塑料齒輪系統(tǒng)運(yùn)
行時(shí)，建議使用不相同的材料（如尼龍和酚醛塑料）。
◆ 因磨擦熱和環(huán)境條件的變化，塑料比金屬熱膨脹系數(shù)高許多，塑料齒輪需要足夠的
齒隙，建議齒隙的大小用下列公式計(jì)算：
當(dāng)齒數(shù)為35以下時(shí)，齒隙= (0.06～0.1) P (模數(shù))
當(dāng)齒數(shù)為35以上時(shí)，齒隙按照HACHMAN提出的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算。
◆ 整個(gè)齒根都倒圓角、壓力角200 的齒輪，其屈服強(qiáng)度比14.50壓力角的齒輪得到極大
提高，其負(fù)荷能力比后者增加15%，或者在同等條件下延長(zhǎng)其使用壽命3.5倍。
◆ 在滿足負(fù)荷情況下，考慮選擇最小齒的設(shè)計(jì)，這樣使高速運(yùn)行產(chǎn)生的齒熱最少。
◆ 為了使齒輪具有更高的扭矩，可以考慮將機(jī)械加工的鋼件直接鑄造在齒輪里。
◆ 在所提供的環(huán)境因素諸如溫度、濕度和化學(xué)條件下，MC尼龍齒輪通常優(yōu)于其它工程
塑料。材料的選擇既取決于環(huán)境也取決于操作運(yùn)行條件。
◆ MC尼龍的使用溫度極限約120℃，當(dāng)摩擦熱引起的溫度上升超過此極限時(shí)，齒輪將無
法正常工作；如負(fù)載不變時(shí)，摩擦熱隨著齒輪轉(zhuǎn)速的增高而增大，極限情況下甚至
導(dǎo)致齒牙表面熔融。因此，我們建議MC尼龍齒輪的最大線速度應(yīng)該限制在25 m/s以
內(nèi)。 |
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齒形系數(shù) |
| 齒 數(shù)141/2°20°標(biāo)準(zhǔn)齒20°低齒和螺旋齒120.3550.4150.496140.3990.4680.54015--0.566160.4300.5030.57817-0.5120.587180.4580.5210.60319-0.5340.616200.4800.5440.628220.4960.5590.648240.5090.5720.664260.5220.5880.678280.5350.5970.688300.5400.6060.698340.5530.6280.714380.5660.6510.729430.5750.6720.739500.5880.6940.758600.6040.7130.774750.6130.7350.7921000.6220.7570.8081500.6350.7790.8303000.6500.8010.855齒條0.6600.8230.881 |
