一种塑料齿轮的齿形设计方法

摘要

本发明属于塑料齿轮制造领域，具体涉及一种塑料齿轮的齿形设计方法，包括如下步骤：1）、根据塑料齿轮的图纸要求，编制线切割的二维坐标系；2）、对于正常的渐开线齿形进行数学插补修正；3）、建立全部的线切割程序，并用计算机对数学插补修正后的渐开线齿形进行三维模拟；4）、如果渐开线齿形还未达到设计要求，进一步通过步骤2）进行数学插补修正，直到渐开线齿形达到设计要要求；5）、对正常齿轮送机床上加工执行命令。本发明提高塑料齿轮的制造精度，使塑料齿轮相互啮合时减小相互摩擦力，降低噪音并提高了塑料齿轮的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明属于塑料齿轮制造领域，具体涉及一种塑料齿轮的齿形设计方法。

背景技术

随着工程塑料广泛应用和模具技术的发展,塑料齿轮被广泛应用于汽车、家电、办公、玩具等诸多领域，由于其优越性表现在原料和加工成本低，在某些场合已逐步替代金属齿轮。

目前塑料斜齿轮模具加工、设计、水平有待提高，传统的塑料齿轮精度水平还在DIN标准Q10级甚至更差，主要是由于以聚甲醛（POM）为主的塑料齿轮在注射成型过程中会出现变形和收缩，如此成型的塑料齿轮配件在使用时会存在使用寿命短，齿轮在工作运行时相互之间摩擦大产生噪音也大等技术问题。

针对上述问题，如何提高塑料齿轮的制造精度，本申请人提供一种塑料齿轮的齿形设计方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种塑料齿轮的齿形设计方法，以提高塑料齿轮的制造精度。

为实现上述目的，本发明具体公开的技术方案为：一种塑料齿轮的齿形设计方法，包括如下步骤：1）、根据塑料齿轮的图纸要求，编制线切割的二维坐标系；2）、对于正常的渐开线齿形进行数学插补修正；3）、建立全部的线切割程序，并用计算机对数学插补修正后的渐开线齿形进行三维模拟；4）、如果渐开线齿形还未达到设计要求，进一步通过步骤2）进行数学插补修正，直到渐开线齿形达到设计要要求；5）、对正常齿轮送机床上加工执行命令。

进一步，所述步骤1）中编制线切割的二维坐标系是通过极坐标方程：

式中：r_b—齿轮基因半径；α_k—渐开线在K点的压力角。

进一步，所述步骤3）具体为：将编制好的单边齿形曲线图，按对称和按齿数进行360度展开，形成整个齿轮加工图形，并将上、下两个齿形面按错位角进行错位，由线切割机床进行模拟加工。

进一步，所述错位角的计算方式为：错位角计算：θ=180Btgβ/πd/z式中：θ—上下面错位角；B—齿轮宽度；β—螺旋角；d—齿轮分度圈直径；Z—齿数。

本发明的有益效果：通过上述方法能够满足收缩后得到标准的渐开线齿形，塑料小模数斜齿轮能够达到的齿形精度，大约是DIN标准Q5～Q6，相对于现有本行业中所能达到的齿形精度DIN标准Q10级，极大地提高了齿形精度，也极大地提高了生产效率。

附图说明

图1为常见的线性收缩齿形；图2为本发明的非线性收缩齿形。

具体实施方式

齿轮模具结构主要分为型腔，浇注口、冷却、加热系统，排气和脱模五大部分，而其中型腔是整个模具设计和制造的难点和关键点。型腔设计主要是指齿圈设计，齿圈是成型塑料齿轮的关键零件，是整个模具的核心，也是齿轮模具设计难度最大的地方，主要体现在渐开线齿形设计和塑料收缩率控制。

对于直齿和小螺旋角斜齿，齿圈一般是采用慢走丝线切割加工，关键是编制精确的线切割加工程序，目前国内行业中多数采用专业齿轮软件绘制齿形，然后送线切割加工，但是对于塑料原料是聚甲醛（POM）并不适用，由于其收缩变形大，注塑成形后齿形变成了非标准的渐开线,原因是聚甲醛不是按正常线性收缩变形的

型腔的收缩调整技术被认为是模具制造行业的核心技术，尤其是齿圈型腔更是一个技术难题，一是塑料收缩难以精确化，在塑料齿轮模具注塑加工成型中，塑料由颗粒状固态原料经高温转变为熔融的胶体，再经冷却后成型固态塑料齿轮产品，这一过程中塑料的收缩率属于某一区间内，难以精确地确定塑料的收缩率数值；其二是渐开线齿形齿轮型腔的非线性收缩控制，齿圈实际上是一个假想的内齿轮，这个假想的内齿轮是一个非标准变位的齿轮在内齿圈的端面上，x与y方向收缩量是不等的，我们称为非线性收缩，

如图2所示，本发发明揭示的是一种塑料齿轮的齿形设计方法（本方法适用于螺旋角小于6°，且齿宽小于10mm的斜齿），包括如下步骤：1）、根据塑料齿轮的图纸要求，编制线切割的二维坐标系；2）、对于正常的渐开线齿形进行数学插补修正；3）、建立全部的线切割程序，并用计算机对数学插补修正后的渐开线齿形进行三维模拟；4）、如果渐开线齿形还未达到设计要求，进一步通过步骤2）进行数学插补修正，直到渐开线齿形达到设计要要求；5）、对正常齿轮送机床上加工执行命令。

所述步骤1）中编制线切割的二维坐标系是通过极坐标方程：

式中：r_b—齿轮基因半径；α_k—渐开线在K点的压力角。

所述步骤3）具体为：将编制好的单边齿形曲线图，按对称和按齿数进行360度展开，形成整个齿轮加工图形，并将上、下两个齿形面按错位角进行错位，由线切割机床进行模拟加工。

所述错位角的计算方式为：错位角计算：θ=180Btgβ/πd/z式中：θ—上下面错位角；B—齿轮宽度；β—螺旋角；d—齿轮分度圈直径；Z—齿数。

本实施例用于解释本发明的发明构思，而非对本发明保护范围的限定，凡对上述实施例做任何非实质性改动，均属于本发明的保护范围。