MC尼龍齒輪的設計 |
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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，使其在齒輪應用上極受歡迎，已成功地應用在直齒輪、蝸輪、斜齒輪和螺旋齒輪上有25年的歷史。今天在各行業，MC尼龍齒輪正不斷地替代鋼材、木材、銅材、鑄鐵、酚醛。
MC尼龍齒輪有如下優點；
◆ 運行噪音低
◆ 無潤滑運行
◆ 比傳統的金屬齒輪慣性低
◆ 耐腐蝕性
盡管MC尼龍齒輪的強度明顯比相應的金屬齒輪低，由於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），在很多應用上可以直接替代金屬--尤其是非鐵金屬、鑄鐵和未經淬硬處理的鋼材。
◆ 材料強度和是否需要潤滑？
◆ 節圓的線速率？
◆ 所需的服務時間？
◆ 工作條件下的環境溫度？
2.直齒輪的設計
步驟1
獲得需要的應用數據
模數，P
齒數，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
獲得推導數據和修正系數
節圓直徑，DP=N/P
齒形系數，y
屈服應力，Sb
工作壽命系數，CS
速率因素，CV
材料強度因素，Cm
溫度修正系數，CT
◆ 環境溫度〈100oF, CT=1
◆ 100oF<環境溫度<200oF
CT=1/1(1+α(T-100oF))
這裡， α=0.022 對應 MC尼龍
α=0.004 對應尼龍101
α=0.010 對應聚甲醛 |
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步驟3
用公式（1）和（2）計算最大扭矩或馬力
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 必須小於或等於TMAX
Hi 必須小於或等於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重新計算。
3.螺旋齒輪的設計
為確定作用在塑料螺旋齒輪所受的應力，需要修改直齒輪設計公式1和2，以補償二者之間齒形不同而所受的接觸壓力不同。齒形系數Y是按可成形齒數計算，而不是按實際齒數計算。計算公式：
Nf = N /（cosU）3
這裡:
Nf =可成形的齒數
N =實際齒數
U =螺旋角（度數）
另外，螺旋齒輪模數的計算也不能按直齒輪設計公式（1）和（2），而是：
PN = P/ cosU
這裡：PN=模數
從這公式發現螺旋角增加對齒輪的影響是很大的。金屬螺旋齒輪通常特點是能降低噪聲和振動；值得註意的是，等效的塑料直齒輪可以更有效地降低噪聲和振動。
4.斜 齒 輪
斜齒輪齒形系數y的計算采用下列公式：
Nf = N/cosφ
這裡：φ=分度角（度數）
值得註意的是對於斜齒輪而言，公式（1）和（2）中的模數和分度圓直徑所對應的齒形更大。
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MC尼龍齒輪的設計 |
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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，然後機械加工成制品，其過程與金屬齒輪的加工相似。
這裡提供改進MC尼龍直齒輪適用性的方法，通常采用一系列的技術來保證齒輪與軸之間的固定，包括：
◆ 傳遞的力矩較低時，通過開鍵槽或滾花軸進行壓配；
◆ 對於較便宜的低力矩齒輪，可用螺絲固定；
◆ 對於數量較少的驅動齒輪，通過螺栓沿齒寬連接一個金屬輪轂固定；
◆ 傳遞的力矩較大時，采用機械式開鍵槽固定。鍵槽倒圓角後要比方形更好地消除拐角處的應力集中。最小的拐角鍵槽麵積計算公式如下：
A = 63000H/nrSk
這裡：A=鍵槽麵積
H=傳遞馬力
n=齒速(rpm’s)
r=平均鍵槽半徑
Sk=最大允許的鍵槽應力，見表15。 |
表15. 連續工作齒輪的最大允許鍵槽應力Sk | 材 料 | Sk(㎏/㎝2) | MC尼龍+二硫化鉬 | 105.6 | MC尼龍 | 140.8 | 尼龍6/6 | 105.6 | 酚醛塑料 | 140.8 | UHMW-PE | 21.1 |
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如果從上麵公式確定的鍵槽尺寸不實用，那麼應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，螺栓處於特別的節圓半徑上。所需螺栓數量及其直徑按下麵公式計算：
最少螺栓數目= 63000HP/ n r1A1Sk
r1=螺栓的節圓半徑
A1=螺栓的投影麵積（螺栓直徑X與螺栓接觸的齒寬）
在裝齒輪時不要過度擰緊螺栓，以免齒輪在正常運轉狀況下，因材料膨脹導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品。 |
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設計要點 |
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在設計MC尼龍齒輪時，不僅要考慮材料的許用應力，還要考慮它的形變因素。
◆ 塑料齒輪和金屬齒輪相配合時，散熱性和其他性能最理想。當全為塑料齒輪系統運
行時，建議使用不相同的材料（如尼龍和酚醛塑料）。
◆ 因磨擦熱和環境條件的變化，塑料比金屬熱膨脹系數高許多，塑料齒輪需要足夠的
齒隙，建議齒隙的大小用下列公式計算：
當齒數為35以下時，齒隙= (0.06～0.1) P (模數)
當齒數為35以上時，齒隙按照HACHMAN提出的實驗公式計算。
◆ 整個齒根都倒圓角、壓力角200 的齒輪，其屈服強度比14.50壓力角的齒輪得到極大
提高，其負荷能力比後者增加15%，或者在同等條件下延長其使用壽命3.5倍。
◆ 在滿足負荷情況下，考慮選擇最小齒的設計，這樣使高速運行產生的齒熱最少。
◆ 為瞭使齒輪具有更高的扭矩，可以考慮將機械加工的鋼件直接鑄造在齒輪裡。
◆ 在所提供的環境因素諸如溫度、濕度和化學條件下，MC尼龍齒輪通常優於其它工程
塑料。材料的選擇既取決於環境也取決於操作運行條件。
◆ MC尼龍的使用溫度極限約120℃，當摩擦熱引起的溫度上升超過此極限時，齒輪將無
法正常工作；如負載不變時，摩擦熱隨著齒輪轉速的增高而增大，極限情況下甚至
導致齒牙表麵熔融。因此，我們建議MC尼龍齒輪的最大線速度應該限制在25 m/s以
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