关于渐开线塑料齿轮设计制造方法的讨论

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关于塑料齿轮的齿顶跳动Fra与轮齿径向跳动Fr的公差分析。

【1】对于塑料齿轮，齿顶的跳动公差实际是没有多少用途的。但是由于检测方法简单，在很多工厂还是喜欢用。但是也是用于参考的多。
   ①测量齿顶的跳动，用百分表检测也不是很准确。
   ②从一体成型的角度看，如果简单的近似认为注塑是整体均匀收缩的，Fra与Fr应该是一样的，至少是接近的！——这个就是为什么很多人用检测Fra来判断齿轮跳动的一个原因的。但是，实际上，注塑成型的的收缩是不一致的，所以Fra和Fr很多时候并不一致，所以测量Fra只是一个没有更好的检测设备前提下的近似工程方法而已。
  ③ 基于齿轮2D图纸的绘制国家标准的要求，习惯上还是会标注Fra。但是这个时候一般是可以放大公差，作为参考用就好了。
【2】在JIS B 1702-3:2008 塑料齿轮精度标准中，齿顶Fra的计算公式是 Fra = 0.9Fr。——这个标准实际是将齿顶的Fra严控了，这个在实际使用中意义并不大。
因为Fra不会影响使用，Fr对啮合的影响更大。
   从啮合的角度看，齿顶部分是避空的，Fra的数值对啮合是没有影响的！ 从成型看，由于外径一般比较大，如果材料比较多，中凹是常见的问题，大小头也是很常见的，但是这些对啮合的影响并不大。
【3】Fra和Fr的设计值，从工艺角度来分析可能做到的数值。
  ① 对于直齿轮，采用慢走丝线割加工型腔。 这种方式加工的型腔的跳动值基本上是可以控制在0.01mm以内的。——这个时候，Fr和Fra的数值，基本上都是由收缩决定的，尺寸、结构、材料是硬性最大的。大批量生产的Fra和Fr一般都在0.015mm以上的。
  ② 对于斜齿轮，如果采用电极+放电来加工型腔。一般情况下，电极的加工精度可以控制Fr在0.01mm以内；螺旋放电可以控制在0.015~0.02的样子。最后成型后的Fr或Fra一般在0.025以上。 对于齿轮比较小的，比如在Φ2mm一下 的齿轮，这个Fr或Fra基本上就是和型腔接近了。
  ③ 对于很多包胶注塑的塑料齿轮，尤其是斜齿轮，考虑嵌件等公差在内，Fr或Fra的公差基本上都是在0.03以上了。
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基于上述工艺分析，结合现在能用的常规工艺方法，要想控制塑料斜齿轮的Fra或者Fr在0.03以下，直齿轮的Fr在0.02mm以下都是非常具有挑战性的！

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看到有网友问怎么学习齿轮设计。就啰嗦了一些供同行参考！

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齿轮学习有两条路：

【1】基础理论学：这个需要比较的数学基础，可以从李特文教授的《齿轮几何与应用原理》开始学。——这条路适合做研究，掌握了基础理论，对自己以后的提高有很大的帮助，而且随着学习的深入，这些都是自信的基础。但是，这条路可能不适合绝大部分人。 因为靠数学来支撑学习的深度，很多人都会遇到天花板！
     对于强度理论，可以从大学机械专业的《机械原理》和《机械零件》开始学，这个比较容易入门；如果有兴趣，可以看看尼曼和温特的世界名著《机械零件》。再深入，可以从动力学教科书开始学，牛顿和胡克这对冤家可能是学习的人躲不过去的一道坎！牛顿第二定律和胡克定律看着很简单，但是能够深入研究一些复杂的系统，这个难度不算小！
【2】工程角度学： 一般都是先从渐开线齿轮开始学，只看齿轮手册中的计算公式来学习，结合自己工厂的需要，先搞懂渐开线齿轮的几何学和精度。如果想在几何学上学的仔细点，可以认真看ISO 21771； 精度看ISO 1328，强度看ISO 6336。 然后再学习蜗杆蜗轮，看ISO 10828， DIN 3974  和ISO 14521。在开始学习各种行星齿轮设计，可以看GB 33923-2017标准。——这些都是标准，计算方法也简单，借助KissSoft 或者MathCAD等专业齿轮设计软件或者是数学软件，可以解决大部分的工程应用问题。
   至于强度问题，由于材料限制，要根据自己的需要来学习相关的材料知识。如果是做金属的，那材料力学就是基础，借助Ansys等CAE工具可以进行静力学或者动力学的分析，当然如果学个Recurdyn等动力学软件，可以做更一步的动力学分析。
   做塑料的，就麻烦点，因为塑料的一些特性缺少规范和参考资料，只能借助金属齿轮和金属材料的一些概念来进行近似的分析。
  至此，已经能够解决大部分的行业基础知识了。
   如果还要深入，可以研究锥齿轮、面齿轮、非圆齿轮等。这些看工程的需要了。锥齿轮的几何学 GBT 43146（ISO 23509）、精度ISO 17485和强度GBT 10062等标准都有，但是估计只要专业搞锥齿轮的人才会深入研究的多，绝大部分人对这些都只能是知道一些皮毛了！
     这后面还会涉及的就是轮系的设计问题。轮系设计可以多学着抄板，看看大公司的一些设计样机。借助前面的齿轮几何知识，再结合数学软件，用数学工具串联轮系设计，那么就比较容易驾驭很多轮系的设计问题。——这些都是齿轮的几何和强度。 后面要根据工况要求，也就是强度要求，进行材料选型，然后再根据材料特性进行结构设计，从而得到一套完整的3D和2D图纸。——至此，这个时候就是前面知识转化的阶段，将所学的齿轮知识转成工程可识别的图纸，这个需要掌握三维设计工具，比如UG、 Croe、 Solidworks 等。绘制符合工程需要的图纸。
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   工程角度学，就是看标准，看手册，根据工作需要进行学习。 学会用工具来辅助自己学习，比如KissSoft、 MathCAD、 Ansys或者Recurdyn 、Solidworks或UG等。
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   以上可以参考，根据自己个人情况进行学！

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工程塑料的拉伸强度与疲劳强度的关系，可以参考这个表！