[转帖]怎样获得高质量模压塑料齿轮传动

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样获得高质量模压塑料齿轮传动
Rod Kleiss
模压塑料齿轮和机加工齿轮除了都是渐开线齿形用于共轭啮合外，其它方面是完全不一样的。它们的区别是根本上的不同。机加齿轮需要用专用机床加工而成，而模塑齿轮是用齿轮模腔成型的，型腔通常是由电火花机床（EDMS）加工而成。图1所示为；模压齿轮、型腔模、型芯等。这些型腔须按规定尺寸制作以便模压齿轮最终尺寸准确。型腔模可能制作超过一百万个模压齿轮。
切齿机要对每件所加工的齿轮负责，保证在公差范围内；而齿轮模压机要确保模腔正确，然后再用模腔来制作合乎公差要求的齿轮。差别虽不大，但意义深远。导致许多其他方面的不同。一选择制作模压齿轮其实就开始有了差异。
设计
模压齿轮总是离不开模壳。就这一点就有意义非凡的结果。模壳和轴很少能象机械传动所提供的那么精密的公差。模壳和齿轮会由于湿度和温度而收缩、膨胀。塑料材料的硬度、强度、甚至效率也将会随现场条件而变。受载后齿面温度会升高，这将影响塑料特性。这些可变因数及其它因数决定了轮齿的定制设计。
塑料齿轮设计师的优势是在应用上。大多数塑料齿轮传动是无二的。齿轮啮合可根据单个配对齿轮预期的作用而精确设计（图2）。另外，模压齿轮的优化很少考虑工具（图3）。
电火花线切割可随计算机辅助设计的的精度而加工零件。齿轮型腔可作成达到微米级。事实上不需要传统的滚刀，径节、模数变得已经不重要了。渐开线基圆是重要的参变量。可以用模拟的方式调整压力角，平衡强度和啮合齿高。定制设计的齿轮将会在标准传动的性能、静音、和许用公差方面有重大改善。
齿轮模压工具
齿轮副设计和制定完公差后，下一步是工具制作。齿轮模压工具必须是精密的，具有良好的热稳定性，淬硬的套筒和表面，准确的齿轮腔穴形状，设计成高压注射模。齿轮模腔本身必须按专门选定的模具材料设计。
在特别应用中，是没有办法精确预测模压塑料齿轮的收缩情况的。这是由于系数不清楚。最重要的是，塑料不惧在各向同性方式（图4）的腔壳。齿轮主体会以制造者所预计的形式收缩，每个齿都由钢所环绕，它的冷却型式不同于肉眼可见的较大规格型式（图5）。
确定收缩的好的办法需要用二次逼近法，齿轮的收缩系数还正在讨论中。在工具制作和第一个齿轮模压后，然后要对渐开线几何形状进行齿形检查。可以确定个体收缩比，制作一个新的阴模来适应所得到的收缩比，使齿轮的最终尺寸满足要求。只有经过齿形检测才能准确的确定渐开线的收缩量。齿轮对滚检查能表明不正常收缩，但也有可能引起一些误解。
有时候，经常选择富含玻璃的材料作为齿轮材料，因为它的低收缩率。因而，在模具设计时收缩问题变得不是什么问题了。但 这有可能引起它自身的问题。不含工业树脂，只是含有尼龙和乙缩醛，尽管有些收缩，但还是可以模压形成非常精密的形状。充入玻璃材料会有结合线，那意味着注入流朝着融合一体发展。这些线会引起齿面的失真及齿轮上局部薄弱点（图6）。一般来讲，含有玻璃的齿轮在寿命期内比同样不含玻璃的齿轮磨损要大的多。通常，当确定特别需要它时，只有使用这些添加剂，当然使用它的优点要大于潜在的问题  。
模压过程
所有成型过程都不尽同。所用模压机不尽一样。齿轮要求成型过程准确和可重复性。一般来讲，用纯净天然的树脂可制作高精度齿轮。即使是用纯净天然的树脂，材料也必须适当的干燥，它的融化温度必须精确控制并且有可重复性。注入压力须精确确定。模具和制作过程控制的相互作用也必须重视。
由于注塑是在高温、高压下进行的，熔融物质肯定在阴模中置换了空气。必须设置通风口以便空气排出，但要足够小使得树脂不能从通风口出去。如果通风口太小，气体跑不出去，会引起燃烧。如果通风口太大，融化的塑料会流出和溢料。
对于齿轮用户在最终签订定单前参观一下模注设备是明智的。只是简单的模压设备的检查、常规的车间清洁、检查能力、人本身等都可能是对评估设备成功造型和控制的潜能有用的。例如，在无温控环境的条件下，很难模压成型高精度的齿轮。在100°F，90%湿度的条件下成型精密齿轮充满着困难。
检查
经过多年的努力，齿轮检测已经精化成能准确发现制齿过程的主要问题。通常只对齿轮的几个齿进行渐开线齿形扫描检查。金属齿轮是在旋转机器上生产的 ，是一个齿一个齿展成形成的。塑料模压齿轮无论在齿轮任何面上任何地方都可能有大的先天性问题。更进一步讲，模压工艺比传统加工可能带来非常不同的错误。
由于模压齿轮将收缩，渐开线齿形是目标值而不是给定值。无论把径节、模数、基节、压力角还是其它渐开线特征作为控制几何形状指标，在实际中，特征值又是可变的。为这些可变的特征设置理想的公差是必须的。
唯一的途径是肯定的，就是塑料模压齿轮通过渐开线齿形扫描和确定齿轮的实际物理几何形状，满足公差要求。模压齿轮可能完全不合规范，并仍能得到可接受的滚动实验结果。图7所示为这种情况齿轮的齿形检查结果。渐开线基圆远离定义值。齿轮有64牙，过去用于测量齿轮的标准齿轮也有64牙。由于有这么多的啮合齿数，在滚动检查机上几乎检测不到齿对齿的相对误差。这个齿轮简单的表现为齿数大，即使基圆不是太大。模工把齿修薄，齿轮滚动试验有好的结果，零件可提供给用户。当用户用来与合格的机加齿轮啮合时立即发现模具成型齿轮有问题。
为了防止这种错误的出现，齿轮必须完整的规范每个变量公差。最近一种被马格公司认可的方法完善了用于模具成型塑料齿轮的信息导向。这个性能参数表见表1。
建议的模具成型齿轮数据规范
按照AGMA方法，基圆是作为主要的控制元素。间接的参数象径节、压力角作为传统分析的参考。
齿轮滚动试验几乎总是确保生产的成型齿轮的一致性的最好办法。与标准齿轮的 中心距按照图8的指定公差+/-确定，而不是简单的描述总的许用综合误差（TCE），或齿对齿的误差（TTE）。这给模压成型齿轮提供了一个很方便的办法来确保其长期的一致性。根据抽样检查齿轮的滚动试验的结果来确保齿轮的基本形状和绝对尺寸在公差范围内。塑料齿轮的滚动试验更象是确立滚动试验的标记图，确认另部件与标记图一致，日复一日。
塑料模具成型齿轮的未来非常有希望的，材料将得到很大的改善。模塑成型机变得更精密。检测仪器现在能够测量这些具有高精密度的无与伦比的零件。在将来，塑料有望在轻型应用方面取代金属材料。开发商会继续努力寻找塑料齿轮的应用，而在这些领域金属齿轮无法使用。
为了挖掘其潜能，所采取的每一步必须正确，并充分发挥其优点。将来的结局会是出色的新一代动力传动产品。

康红旗翻译自《Gear technology 》7-8期 2006

白辞

马先生真是博学啊！希望多找些这样的文章给我们阅读。谢谢了！

阿懵

多谢mrmrwu的资料，真是让我增长见识！！