超小模数的小传动比面齿轮副设计

hyfjy

面齿轮副的使用范围开始增多，尤其在受力不是太大，以传动运动为主要目的的地方，因其造价低，适应性好而广受欢迎，尤其是注塑件中，常用面齿轮副代替锥齿轮副。
近期遇到一客户要求提供0.15模数，小齿轮为15齿，零变位系数，要求配外径为4mm，内径为3mm的面齿轮，经计算，面齿轮的齿数仅能设计成21齿，最后形成的模型如下图：







面齿轮啮合的位置如下图：





从设计及建模过程中，我们体会到，面齿轮副不太适合齿数比很接近于1的，本例15比21就是较为典型的。因传动比接近一，故最后的重合度就会小于1。作为面齿轮的设计和使用，有可能在使用中，在高速传动运动时有噪音，冲击的影响。齿数比接近一的，最好的设计还是锥齿轮副。

hyfjy

齿轮副参数：

    输入基本参数

圆柱齿轮模数: .15

  小齿轮齿数: 15

  面齿轮齿数: 21

  法向压力角: 20

  齿顶高系数: 1

  齿根高系数: .35

齿轮变位系数: 0

面齿轮齿减薄: .002

  齿轮螺旋角: 0

    计算输出参数

小齿轮分圆直径: 2.25

小齿轮基圆直径: 2.11430839676829

    小齿轮大径: 2.55

    小齿轮小径: 1.845

齿轮分圆弧齿厚: .230159895505241

小齿轮参考齿宽: 1

面齿轮外圆直径: 4

面齿轮内圆直径: 3

面齿轮最大齿高: .3

面齿轮齿部总厚: 1

面齿轮最大齿高: .3

面齿轮起始高度: 1.0125

  齿轮平移距离: 1.25

    本次修形参数

面齿轮端面距离 .2

面齿轮端面减薄 .005

面齿轮顶部距离 .075

面齿轮顶部减薄 .003

hyfjy

对传动比的要求是较大传动比，面齿轮副才能体现出优势，同样，对于双曲面齿轮副，如果传动比也是接近于1的，那恐怕设计就很困难了，例如做一对1.2传动比的双曲面齿轮副，加上较大的偏心距，有可能小轮的直径甚至大于大轮，不信可以举一些例子试试看。

mrmrw

对于面齿轮的造型，与加工方法有关。
（1）采用插齿方式加工，其设计理论研究者不少。
   下面是用插齿方式造型的面齿轮的齿面（示意图）





（2）目前，在玩具类行业，面齿轮则是采用滚齿方式加工，其相关理论论述者很少。
   采用滚齿加工的面齿轮实物图。


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从上面的图可以看出，这两种面齿轮的齿形差别不小，而且变尖的位置正好相反。

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费老有没有注意这一点？

hyfjy

mrmrw 发表于 2014-5-22 19:13

                               
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对于面齿轮的造型，与加工方法有关。
（1）采用插齿方式加工，其设计理论研究者不少。
   下面是用插齿方 ...

还真的不知道，如果齿形的基本形状都相反，都能正常啮合就是怪事了，在一个运动的轨迹上只能存在一个共轭面是吧。
我提出的二点，一是面齿轮副的传动比不能接近于一，二是超小模数的面齿轮副，在目前的三维软件中，有软件精度不够，以致模型质量看上去很差的问题，马工觉得如何?

hyfjy

mrmrw 发表于 2014-5-22 19:13

                               
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对于面齿轮的造型，与加工方法有关。
（1）采用插齿方式加工，其设计理论研究者不少。
   下面是用插齿方 ...

目前我尚未看到系统的论述用滚齿原理展成面齿轮，但从推理上说，我理解的面齿轮相当于一个环型齿条，是被小齿轮展成的，如果用齿条，恐怕从原理上是都要被切去的，也就是齿条不可以展成齿条，而滚齿刀是齿条刀具就犯了这个忌，但没有仔细研究过非齿条齿形的滚刀，如果设计成特殊滚刀，齿形不是直线型的，也许有可能？？

鑫盛齿轮公司

面齿轮以前接触的很少，看费工发的贴多了，渐渐有了一些初步了解，个人认为在将来自动化的普及，应该面齿轮的应用会越来越广

hyfjy

对这类面齿轮齿形的再思考：



这样的齿，很可能不是滚齿，而是铣齿，也就是用铣刀加工的，实际上是向直锥齿轮的啮合上走的，如果模数较小，要求最终的传动比不是太精确，粗略地说，只要齿数对，就能转起来了，做精密传动件肯定不行。

mrmrw

hyfjy 发表于 2014-5-23 08:12

                               
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对这类面齿轮齿形的再思考：

这种齿形，我也是从一个加工的人那里听到的。我也做过这种面齿轮的样板。
至于是用那种滚刀加工出来的，我暂时没有亲眼看过。——加工的人说是用滚刀加工出来的。
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东莞清溪的晨曦齿轮也可以做这种齿轮，可以联系一下，确认一下他们怎么加工的。
上面给出的实物图片就是他们公司的。
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这种面齿轮，目前在玩具上用的不少！

asdheng

hyfjy 发表于 2014-5-23 07:46

                               
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目前我尚未看到系统的论述用滚齿原理展成面齿轮，但从推理上说，我理解的面齿轮相当于一个环型齿条，是被 ...

                               
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费老您好，滚齿加工面齿轮原理是，滚刀或砂轮跟插齿刀形成一个虚拟的内啮合，但是有一个缺陷就是滚刀或者砂轮的宽度会有限制，仔细看马工的面齿轮图，发现变尖的是内径，感觉好奇怪