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金属直齿轮设计中如何选择模数?

发表时间:2020-06-05   来源:一同传动

齿轮模数对传动精度(输出扭矩曲线)的影响几乎是第一位的,一定范围内,模数越小、传动精度越高,模数越大、齿轮强度越高。以下为金属直齿轮模数选择相关说明,供参考了解。

精密齿轮传动设计很繁琐,多数情况下,选符合强度要求的最小的模数即可。

金属齿轮的设计和塑料齿轮的非常不一样,不同材质(模量、屈服极限),输出扭矩曲线的区别很大,但(齿面/齿根)受力规律的区别很小,模数一般只影响齿根受力、不影响齿面受力。

1、模数对传动精度的影响(无摩擦)

需要考虑扭矩的波动率,而不是平均扭矩,因为精密传动更关注输出扭矩的波动范围,需对不同模数输出扭矩波动范围进行分析计算,得到传动精度最高的模数。

2、摩擦力对传动精度的影响

考虑摩擦系数为0.1,需计算不同模数摩擦力导致的扭矩波动等。同样,考虑扭矩损耗的波动率,而不是平均(或者中位数)扭矩损耗,因为精密传动更关注输出扭矩的波动范围,则可得到最合适的齿轮模数。

模数越小,因摩擦力导致的,扭矩损耗的波动率越小。若想将扭矩波动控制在一定范围,模数最大选取会有所差异。

3、模数对传动精度的影响(有摩擦)

若同时考虑1中齿形和材料模量、2中摩擦力的影响,即可得到最终的输出扭矩曲线(假设没有制造误差)。

4、至高传动精度

0.5%扭矩波动率并不是齿轮设计能达到的最高传动精度,还有很多能提高设计精度的方法,例如修形、变位、非标齿形轮廓(ISO53:1998)轮廓A虽然是最常见、最通用的,但还可以自行设计轮廓、构建渐开线)。

此外,加工误差对传动精度的影响,是可以被定量分析的。

5、模数对齿面/齿根强度的影响

一般来说,模数越大,齿根强度越高、齿面强度越低(但是降低的幅度很小),反之亦然,齿轮设计往往只需要考虑模数对齿根强度的影响,设计完成后校验一下齿面强度即可。

齿面/齿根安全系数考虑了输入扭矩非恒定、有正态分布的特性,因此比较符合内燃机作为输入端、不太适用于电机作为输入端的情况。

齿面/齿根安全系数,和(通过有限元分析计算的)齿面/齿根应力,结论略有不同。按照齿面/齿根安全系数计算出的齿厚,往往是依靠齿面/齿根应力计算的齿厚的2倍以上,如果输入端是电机,不建议遵循安全系数。

此外,齿厚对齿面/齿根强度往往是非线性关系。

以上说明仅供参考了解,相关技术问题最好直接向一同厂家技术人员寻求帮助。


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