塑料齒輪設(shè)計與制造

前言

塑料齒輪是近五十年來才發(fā)展起來的一種具有重量輕、慣性小、噪聲低、自潤滑好等特點的新型非金屬齒輪。這種齒輪采用模塑成型工藝，生產(chǎn)效率高和制造成本低，已廣泛應(yīng)用于汽車電裝、家用電器、辦公文儀、食品和環(huán)衛(wèi)、鐘表和玩具等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。近二十年來，隨著高強(qiáng)度、高耐磨等高性能工程塑料研發(fā)和改性的成功，特別是在全球汽車工業(yè)飛速發(fā)展和軍備劇烈競賽等的驅(qū)動下，塑料齒輪的開發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)取得了長足進(jìn)步?，F(xiàn)在塑料齒輪已經(jīng)在汽車電裝產(chǎn)品中成功取代了傳統(tǒng)金屬齒輪，近來又成功應(yīng)用于小型航空器上控制表層穩(wěn)定的動力螺旋器、軍用領(lǐng)域中的陀螺儀表及操縱裝置中。隨著高性能新型熱塑性材料不斷涌現(xiàn)，有望在消聲減振要求更高、機(jī)械加工難度更大的齒輪等領(lǐng)域中，獲得越來越廣泛的應(yīng)用?？傊?，塑料齒輪在當(dāng)代齒輪制造業(yè)中，已成為開發(fā)最快、應(yīng)用最廣、活力最強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)之一。塑料齒輪按材料分類，有熱塑性齒輪和熱固性齒輪兩大類，本書僅討論應(yīng)用最廣的熱塑性齒輪。全書共分八章：第一、二章重點介紹了塑料齒輪及其輪系的設(shè)計特點與計算方法；第三章簡要介紹了塑料齒輪常用材料物性、輪系材料選配及其齒輪失效特點；第四章簡要介紹了塑料齒輪的注塑機(jī)與周邊設(shè)備及其國外最新開發(fā)的各種微型注塑機(jī)；第五章詳細(xì)討論了齒輪注射模的設(shè)計與制造，重點介紹了多種齒輪型腔和齒輪電極參數(shù)設(shè)計步驟與方法及其特種加工工藝；第六章塑料齒輪的檢測，介紹了國內(nèi)外有關(guān)塑料齒輪檢測的最新成果；第七章簡要介紹了塑料齒輪輪系的測繪步驟與方法；第八章介紹已獲得廣泛應(yīng)用的多種塑料齒輪裝置實例。本書圖文并茂，列舉了大量的示例設(shè)計與計算，以便廣大讀者掌握、應(yīng)用。在本書綜述中，比較系統(tǒng)和全面的簡要介紹了塑料齒輪開發(fā)應(yīng)用概況，供非本專業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和同仁瀏覽。此外，本書還附有三個有價值的附錄，可供讀者參考。本書介紹了作者從事塑料齒輪開發(fā)與應(yīng)用三十多年，主持或參與燃?xì)獗碜州喪接嫈?shù)器與交換齒輪、洗衣機(jī)定時器和石英鬧鐘塑料機(jī)芯與傳動輪系及精密塑料齒輪模具、汽車雨刮器及搖窗機(jī)和啟動電機(jī)、少齒差行星減速器、汽車電動座椅驅(qū)動器及調(diào)角器和記憶器的開發(fā)設(shè)計與制造所取得的點滴經(jīng)驗和科技成果；同時也介紹了國內(nèi)外有關(guān)塑料齒輪的先進(jìn)經(jīng)驗、最新科技成果和發(fā)展動向。特別對《塑料齒輪齒形尺寸》美國國家標(biāo)準(zhǔn)（ANSI/AGMA;1006A97米制單位版）作了詳細(xì)解讀。本書第六章由北京工業(yè)大學(xué)教授石照耀博士編著，詳細(xì)介紹了作者本人以及國內(nèi)外在塑料齒輪檢測方面的最新研究成果。在長期的科技攻關(guān)的實踐中，作者倍感我國塑料齒輪的設(shè)計制造水平與發(fā)達(dá)國家之間存在著較大的差距，深深認(rèn)識到高精度、高強(qiáng)度等高性能塑料齒輪的研發(fā)基礎(chǔ)還十分薄弱，目前仍基本上是由企業(yè)根據(jù)用戶的要求自行攻關(guān)、開發(fā)和生產(chǎn)。這種體制上的缺陷，勢必制約我國中高檔塑料齒輪設(shè)計制造水平的提高，從而造成目前我國仍需從國外進(jìn)口大量中高檔塑料齒輪的被動局面。要突破這一困境，需要有齒輪產(chǎn)品設(shè)計、塑性材料研發(fā)、注塑模具設(shè)計制造、新型注塑設(shè)備與新的注塑工藝研究和齒輪檢測與試驗等多學(xué)科的專家團(tuán)隊進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)來解決。本書可供我國汽車、儀器儀表、家用電器、鐘表、辦公文儀以及國防軍工中從事塑料齒輪及輪系、注塑模具的設(shè)計與制造，以及從事注塑工藝和齒輪檢測的工程技術(shù)人員和技工使用，也可供大專院校有關(guān)專業(yè)師生和科研院所有關(guān)科技人員參考。劉茂青、胥樹志、郭永、張海臣、馬瑞武、陳龍興、陳子合、解紅林等專家和德國阿博格、德國boy等有關(guān)博士為本書提供了許多寶貴資料和意見；郭長生、王永亮、仵文松和北京工業(yè)大學(xué)精密測控技術(shù)及儀器重點試驗室等學(xué)者為本書所需外文翻譯資料提供了大力支持。在此一并致以衷心感謝。由于作者水平有限，書中不妥之處在所難免，懇請批評指正。

內(nèi)容概要

本書是國內(nèi)第一本全面、實用地介紹塑料齒輪設(shè)計與制造的技術(shù)圖書，是作者30多年從事塑料齒輪開發(fā)與應(yīng)用的經(jīng)驗總結(jié)，實用性、可操作性強(qiáng)。全書系統(tǒng)、全面地介紹了國內(nèi)外塑料齒輪設(shè)計、制造與應(yīng)用的技術(shù)成果，重點闡述了塑料齒輪及其輪系的設(shè)計計算方法、常用材料特性、注塑機(jī)、制造工藝及模具設(shè)計、檢測以及典型塑料齒輪裝置的應(yīng)用等內(nèi)容。
本書可供汽車、儀器儀表、家用電器、鐘表、辦公文儀以及國防軍工等企業(yè)中從事塑料齒輪和齒輪模具設(shè)計與制造的廣大工程技術(shù)人員和技工使用，也可供大專院校有關(guān)專業(yè)師生參考。

書籍目錄

第一章 塑料齒輪設(shè)計
  第一節(jié) 圓柱齒輪的齒形制及其形成
    一、漸開線齒形制
    二、計時儀器用圓弧齒形制
    三、圓柱漸開線齒輪齒形的形成
    四、計時儀器用圓弧齒輪齒形的形成
  第二節(jié) 塑料齒輪輪齒設(shè)計
    一、塑料齒輪輪齒的修正設(shè)計
    二、采用定制基本齒條的優(yōu)化設(shè)計
  第三節(jié) 塑料齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計
    一、塑料齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計要點
    二、塑料蝸輪結(jié)構(gòu)設(shè)計
    三、帶金屬嵌件的斜齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計
    四、多功能組合齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計
  第四節(jié) 圓柱漸開線齒輪尺寸計算
    一、圓柱漸開線齒輪尺寸的計算
    二、齒輪齒厚的確定
    三、齒輪齒頂?shù)男蘧売嬎?br />    四、齒輪齒頂圓直徑的調(diào)整示例計算
    五、齒輪齒頂?shù)箞A后的齒頂寬度計算
  第五節(jié) 齒輪跨棒距M值、公法線長度W計算
    一、齒輪M值的計算
    二、圓柱蝸桿M值的計算
    三、蝸輪M值的計算
    四、齒輪公法線長度W的計算
  第六節(jié) 塑料齒輪精度設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)
    一、塑料齒輪的精度設(shè)計
    二、日本塑料齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)
  第七節(jié) 塑料齒輪應(yīng)力分析及強(qiáng)度計算
    一、齒輪副在傳動過程中輪齒的作用力
    二、輪齒的彎曲應(yīng)力以及強(qiáng)度計算
    三、試驗基礎(chǔ)上的齒輪強(qiáng)度計算方法
  第八節(jié) 圓柱漸開線齒輪齒形的繪制
    一、概述
    二、作圖法繪制漸開線齒輪齒形
    三、計算-作圖法繪制漸開線齒輪齒形
    四、實用型代圓弧擬合繪制漸開線齒形
    五、齒根過渡圓弧的設(shè)計與計算
第二章 塑料齒輪傳動輪系設(shè)計與計算
  第一節(jié) 外嚙合圓柱漸開線齒輪傳動輪系設(shè)計與計算
    一、設(shè)計步驟與要點
    二、外嚙合圓柱漸開線直齒輪傳動輪系參數(shù)設(shè)計與計算
    三、外嚙合圓柱漸開線斜齒輪傳動輪系參數(shù)設(shè)計與計算
  第二節(jié) 內(nèi)嚙合圓柱漸開線齒輪傳動輪系設(shè)計與計算
    一、內(nèi)嚙合圓柱漸開線齒輪在傳動中的干涉
    二、內(nèi)嚙合圓柱漸開線直齒輪輪系參數(shù)設(shè)計與計算
    三、內(nèi)嚙合圓柱漸開線斜齒輪傳動輪系參數(shù)設(shè)計與計算
    四、少齒差內(nèi)嚙合圓柱漸開線齒輪傳動輪系參數(shù)設(shè)計與計算
  第三節(jié) 圓柱蝸桿傳動輪系設(shè)計與計算
    一、漸開線圓柱蝸桿-斜齒輪傳動輪系設(shè)計與計算
    二、圓柱蝸桿-蝸輪傳動輪系設(shè)計與計算
第三章 塑料齒輪材料
  第一節(jié) 常用材料
    一、聚甲醛（POM）
    二、尼龍（PA66與PA46）
    三、聚碳酸酯（PC）
    四、聚苯硫醚（PPS）
    五、聚醚醚酮（PEEK 450G）
  第二節(jié) 塑料齒輪材料的匹配及其改性
    一、齒輪常用材料的匹配
    二、蝸桿-蝸輪常用材料的匹配
    三、齒輪材料改性研究
  第三節(jié) 塑料齒輪的失效
    一、塑料齒輪失效形式
    二、塑料齒輪傳動的磨損特點
    三、工程塑料的黏彈性體滯后能耗
    四、降低節(jié)點處斷裂失效的優(yōu)化設(shè)計要點
    五、塑料齒輪壽命評估研究進(jìn)展
    六、蝸桿傳動中的反常磨損現(xiàn)象
第四章 塑料齒輪制造工藝及其注塑設(shè)備
  第一節(jié) 塑料齒輪制造工藝
    一、塑料齒輪的滾齒加工
    二、齒輪注射成型工藝的主要特征
    三、注射成型齒輪的常見缺陷及其對策
    四、塑料制品的后處理
  第二節(jié) 注塑機(jī)及其周邊設(shè)備
    一、立式注塑機(jī)
    二、臥式注塑機(jī)
    三、全電動注塑機(jī)
    四、精密塑料齒輪對注塑機(jī)的要求
    五、小型注塑機(jī)的優(yōu)勢
    六、周邊設(shè)備配置
  第三節(jié) 精密塑料齒輪注射成型工藝
    一、微型塑料齒輪注塑機(jī)及其備置
    二、二次壓縮成型工藝
    三、國內(nèi)微型塑料齒輪生產(chǎn)概況
第五章 塑料齒輪注射模的設(shè)計與制造
  第一節(jié) 齒輪注射模的設(shè)計
    一、齒輪注射模的設(shè)計步驟及其分類
    二、齒輪型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計
    三、澆口系統(tǒng)設(shè)計
    四、排氣系統(tǒng)設(shè)置
    五、冷卻水（油）道系統(tǒng)的設(shè)置
    六、精定位結(jié)構(gòu)設(shè)計
  第二節(jié) 塑料齒輪型腔的參數(shù)計算
    一、齒輪型腔齒形角的早期修正計算公式
    二、各向同性向心收縮的齒輪型腔參數(shù)計算方法的討論
    三、以澆口為中心收縮規(guī)律的機(jī)理分析與試驗驗證
    四、齒輪型腔參數(shù)及尺寸的實用計算方法
    五、塑料齒輪型腔參數(shù)尺寸的計算
  第三節(jié) 齒輪型腔材料選用
    一、齒輪型腔用材料的性能要求
    二、齒輪型腔材料的選用
  第四節(jié) 齒輪型腔制造特種工藝
    一、齒輪型腔電火花成型加工工藝
    二、齒輪型腔電火花線切割加工工藝
    三、齒輪型腔電鑄成型工藝
    四、齒輪型腔冷擠壓成型工藝
    五、擠壓珩磨工藝
  第五節(jié) 圓柱塑料齒輪及蝸桿注射模的典型結(jié)構(gòu)與工作步驟
    一、雙聯(lián)直齒輪注射模
    二、斜齒輪注射模
    三、蝸桿注射模
    四、四滑塊式蝸桿注射模
    五、雙聯(lián)直/斜齒輪注射模
    六、內(nèi)直齒輪注射模
第六章 塑料齒輪的測量
  第一節(jié) 齒輪誤差、測量與儀器
    一、分析式齒輪測量儀器
    二、綜合式齒輪測量儀器
  第二節(jié) 塑料齒輪的單項誤差測量
    一、測量方法與儀器
    二、測量示例
    三、誤差曲線分析
  第三節(jié) 塑料齒輪的綜合誤差測量
    一、單面嚙合測量
    二、雙面嚙合測量
    三、測量元件
    四、單嚙測量與雙嚙測量比較
  第四節(jié) 塑料齒輪的尺寸與缺陷檢測
    一、齒輪側(cè)隙測量
    二、光學(xué)投影測量
    三、光學(xué)影像測量
  第五節(jié) 塑料齒輪測量新技術(shù)——工業(yè)CT測量
    一、CT測量原理及構(gòu)成
    二、小模數(shù)齒輪的CT測量
第七章 塑料齒輪傳動輪系測繪
  第一節(jié) 概述
    一、塑料齒輪傳動輪系設(shè)計的主要特點
    二、兩類齒輪測繪主要目的與難點
  第二節(jié) 直齒圓柱漸開線齒輪輪系測繪
    一、確定齒數(shù)與判斷齒形角等的屬性
    二、測量齒頂圓直徑da和齒根圓直徑df
    三、測量齒輪箱中心距a′
    四、齒輪齒形角α、模數(shù)m（或徑節(jié)DP）的確定
  第三節(jié) 斜齒圓柱漸開線齒輪傳動輪系測繪
    一、斜齒輪法向齒形角αn的確定與法向模數(shù)mn的測定
    二、特小模數(shù)斜齒輪分度圓螺旋角β與法向模數(shù)mn的測定
    三、根據(jù)中心距a′確定斜齒輪分度圓螺旋角β
  第四節(jié) 蝸桿-蝸輪傳動輪系測繪
    一、鋼質(zhì)蝸桿-塑料斜齒輪傳動輪系的測繪
    二、鋼質(zhì)蝸桿-塑料蝸輪傳動輪系的測繪
  第五節(jié) 計時儀器用齒輪傳動輪系的測繪
第八章 塑料齒輪裝置
  第一節(jié) 煤氣表字輪式計數(shù)器與交換齒輪
    一、燃?xì)獗碜州喪接嫈?shù)器
    二、塑料交換齒輪
  第二節(jié) 石英鬧鐘塑料機(jī)芯與傳動輪系
    一、石英鬧鐘塑料機(jī)芯
    二、“掃描機(jī)芯”傳動輪系
  第三節(jié) 汽車雨刮電機(jī)、搖窗電機(jī)及調(diào)角器
    一、汽車雨刮電機(jī)
    二、汽車搖窗機(jī)
    三、轎車電動座椅調(diào)角器
  第四節(jié) 塑料齒輪行星減速器及少齒差計時器
    一、塑料齒輪行星減速器
    二、少齒差行星減速器
  第五節(jié) 汽車電動座椅驅(qū)動器及記憶器
    一、座椅水平驅(qū)動器（HDM）
    二、座椅垂直驅(qū)動器（VDM）
    三、小型座椅調(diào)角器
    四、座椅腰托驅(qū)動器
    五、座椅位置記憶器
附錄一 不采用基本齒條生成漸開線圓柱齒輪齒形的新途徑
附錄二 塑料齒輪的強(qiáng)度設(shè)計與計算
附錄三 塑料齒輪壽命的估算
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：當(dāng)以定制基本齒條代替標(biāo)準(zhǔn)基本齒條時，可能獲得更大的設(shè)計靈活性。這種定制型基本齒條可以表示為其中一個或一個以上參數(shù)作了修正的非標(biāo)準(zhǔn)版基本齒條；每種參數(shù)修正，有可能改進(jìn)某一設(shè)計目標(biāo)，但卻可能同時影響另一個設(shè)計目標(biāo)?？梢越M合運用若干個參數(shù)修正，以便達(dá)成多重目標(biāo)，或是用后一個修正來緩解前一個修正所帶來的負(fù)面影響。從定制型基本齒條大多數(shù)實例來看，其最終設(shè)計的齒輪齒形不容許與由標(biāo)準(zhǔn)基本齒條設(shè)計的齒輪，諸如采用標(biāo)準(zhǔn)滾刀滾切加工的齒輪相嚙合。對于采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪與定制型齒輪配對，也同樣會出現(xiàn)這種不相容的情況?，F(xiàn)對使用標(biāo)準(zhǔn)基本齒條轉(zhuǎn)換為定制基本齒條的幾種常用的修正情況逐一討論如下。（1）縮短全齒高型（短齒型）這種不同于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)基本齒條的差別，可見于早期的齒輪標(biāo)準(zhǔn)中的基本齒條，而目前已被視為過時而很少采用。短齒型齒輪所顯示的優(yōu)點是：輪齒齒根的根切較小，全部載荷主要施加于齒頂段，齒根處彎曲扭矩較低。在配對齒輪齒頂圓直徑由于其他原因被縮小的這類應(yīng)用場合，短齒會呈現(xiàn)增強(qiáng)彎曲強(qiáng)度的作用。另一可能的優(yōu)點是齒頂段的滑移現(xiàn)象減輕，從而提高了傳動效率。有一個促使應(yīng)用這種定制基本齒條的特殊應(yīng)用場合是，配對齒輪的制造工藝對其全齒高有所限制，例如冷軋成型的鋼制齒輪。短齒的主要缺點是輪系的重合度較小，嚙合性能較差。（2）增大全齒高型增大全齒高型修正可參見圖1-20中三種試驗性基本齒條。其主要優(yōu)點是輪系的重合度增大，因而對有效中心距變動的兼容程度較高。對于齒數(shù)少以及增加齒厚來避免根切的齒輪，這一優(yōu)點會受到限制。值得注意的是，全齒高不得增大到引起輪齒強(qiáng)度降低的程度，原因不僅在于輪齒過長，還在于齒根圓角半徑減小，造成齒根應(yīng)力集中現(xiàn)象加劇。（3）定制齒根圓角半徑型齒根圓角半徑增大，有減輕應(yīng)力集中現(xiàn)象而改善彎曲強(qiáng)度的作用。對于齒根圓角半徑為全圓弧的AGMAPT標(biāo)準(zhǔn)基本齒條，只要齒根圓角半徑一增大，基本齒條的齒根高就必然降低。其次，齒根圓角半徑造成齒根直線段長度的縮短，從而增大齒輪齒根與配對齒輪齒頂之間發(fā)生干涉的風(fēng)險。另一方面，適當(dāng)減小基本齒條齒根圓角半徑，毋需改變基本齒條的齒根高。這樣可保留下的直線段齒根高較大，由此轉(zhuǎn)換成的齒輪能與增大齒頂圓直徑的配對齒輪匹配，而無“頂一根”干涉之慮。這樣的一種組合，能夠增大重合度，在彎曲強(qiáng)度不是關(guān)鍵問題的情況下，顯示出是一個成功的設(shè)計改進(jìn)。

編輯推薦

《塑料齒輪設(shè)計與制造》是目前唯一一本介紹塑料齒輪設(shè)計與制造的圖書，作者從事塑料齒輪的研究、設(shè)計、制造三十多年，全書內(nèi)容非常實用。

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