



齒輪設計:直徑節(jié)距大于等于20或模數小于等于1.25的齒輪稱為小節(jié)齒輪或小模數齒輪,這些齒輪的設計有自己的特殊性,小齒距齒輪的制造公差和操作條件比大齒距齒輪相對嚴格。制造公差包括齒輪公差(齒尖直徑、齒徑、齒徑、齒厚),殼體中心距公差以及允許齒輪軸偏移公差。操作條件包括齒輪殼體和軸在載荷下的撓度,環(huán)境溫度引起的齒輪傳動部件熱膨脹或收縮(特別是對于不同材料)以及影響塑料件的濕度范圍。
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對于給定的齒輪精度等級,與大節(jié)距齒輪相比,小節(jié)距齒輪相對于齒尺寸的公差要小得多。例如,精度標準AGMA 2000-A88,0.3模數、30齒齒輪的Q8級總單齒齒面公差(aka-TTE)為0.036。但對于3.0模塊、30齒齒輪為0.110。齒輪尺寸增加了10倍,而TTE只增加了3倍。另一個例子,根據精度標準ISO 1328-2,中徑在20至50毫米之間、模數在0.5至2.0之間的齒輪的8級跳動公差為0.032,齒輪節(jié)圓直徑和齒徑(模數)可以相應地變化2.5倍和4倍,但跳動公差保持不變。這就解釋了為什么變速箱殼體中心距的給定公差容易被大節(jié)齒輪吸收,不會出現中心距離在其最大值時有小于1的接觸比或完全分離的小間距。
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不同材料齒輪和殼體的工作溫度范圍加劇了這一問題,例如,鋁外殼內的鋼制小節(jié)距齒輪可以在環(huán)境溫度下正常工作,但在高工作溫度下,由于外殼膨脹較大,中心距離將增加,小節(jié)距齒輪可能分離。當小節(jié)距塑料齒輪位于鋁殼中時,則會出現相反的問題。在低溫下,小節(jié)距塑料齒輪變小,可能會分離;在高溫下,它們比外殼加速膨脹,可能會卡住。一些齒輪聚合物,如尼龍,對濕度敏感,它們在干燥條件下較小,在高濕度會膨脹。
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機加工齒輪的設計應具有相當高的精度,以最小化關鍵齒輪公差,如齒尖直徑、齒厚和跳動公差。有些齒輪成形制造技術,如粉末金屬加工和注塑成型,并不總是能做到這一點。如有可能,盡量減少殼體中心距公差和軸承或襯套間隙。
最大化齒輪齒的尺寸,例如,將0.2模數20齒齒輪替換為0.4模數10齒齒輪,齒的嚙合齒數應根據所需的傳動比而改變,這也會增加輪齒彎曲強度。對于標準齒輪,應采用pp正齒頂高修正(x-shift),以避免低齒數齒輪根圓角咬邊。
具有20度或14.5度壓力角和齒頂高系數1.0的標準齒輪齒比適用于商業(yè)應用的大節(jié)距齒輪,在許多情況下,它們不適合于小節(jié)距齒輪。應用非標準齒輪齒比是小節(jié)距齒輪的有效替代方法,有效漸開線齒廓的長度應增加,使齒盡可能長,需避免尖頭,構建根部圓角,避免干涉。長齒適合在任何公差組合下適應中心距偏差,推薦的工作壓力角范圍為20-25度,齒尖半徑或倒角應最小化。
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上圖顯示了有無齒頂修改的標準齒輪嚙合和非標準齒輪嚙合的示例,齒輪;A-標準(壓力角20°、X-shift為0和0、接觸比1.08)、B-標準(壓力角20°、X-shift為+0.5和-0.5、接觸比1.40)、C-非標準(壓力角22.5°、接觸比1.70)
結論
齒輪設計完成后,應通過公差和(如有必要)熱分析進行驗證,這種分析定義了臨界齒輪嚙合參數、接觸比的最小/最大值、正常齒隙、極端公差組合的根徑向間隙和操作條件。采用鋼制外齒輪和鋁殼,最大接觸比和最小、正常齒隙和根徑向間隙值在最小工作溫度、最小中心距離、最大齒厚和齒尖直徑、以及當最大跳動減小有效中心距離時實現。然后,在最大運行溫度、最大中心距離、最小齒厚和齒尖直徑,以及當最大行程增加有效中心距離時,實現最小接觸比和最大正常齒隙和根徑向間隙值。