プラスチックの歯車 の 一般 的 設計 原則
プラスチックギアとは 工学用プラスチックから製造された 重要なトランスミッション部品で 軽量負荷耐性や低騒音操作を 要求するアプリケーションで 優れた性能を備えるように設計されています耐腐食性と高い自己潤滑性能伝統的な金属ギアと比較して,プラスチックギアは軽量,低騒音排出,追加の潤滑を必要としないなどの明確な利点を提供します.耐腐蝕性があり,質量形成が容易であるしかし,機械的な強度が低く,熱安定性が低下し,厳しい環境下で老化しやすいなど,固有の限界もあります.プラスチック 歯車 の 科学 的 な 設計 原則 を 熟知 する こと は,その 性能 の 優位性 を 最大限に 発揮し,実用 的 な 応用 で 材料 の 欠点 を 克服 する の の の 鍵 ですこの記事では,6つの主要な側面からプラスチックギアの基本的な設計基準を包括的に詳しく説明します. ジオメトリパラメータ設計,材料選択,形作プロセス,構造設計,障害防止とアプリケーションシナリオのマッチング.
1ジオメトリックパラメータ設計
プラスチックの歯車には,トランスミッション性能と注射鋳造処理能力の両方をバランスでなければならない.プラスチック材料の特性をターゲットに最適化する必要のある各キーパラメータ:
モジュール (m): プラスチック流動性の低さによる歯のプロフィールの充填が不十分になるのを避けるために,最小0.5mmのモジュールが推奨されます.5mm) は,計測器具と計測器具の精密伝送に適しています.負荷容量向上のために低速や重荷での作業条件では大きなモジュール (≥2mm) が採用されています.
歯数 (z): 皮ニオンは通常,下切断を防ぐために18~20の歯で設計され,理論上最低下切断のない歯数は17である.適切な中心距離と安定したメッシュを確保するために,ギアの歯の数が必要なトランスミッション比に基づいて計算されます.
圧力角度 (α): 標準的な20°の圧力角度が最も一般的に使用され,金属のギアトランスミッションシステムとの互換性を保証します.高精度伝送のために5°の圧力角度がオプションで,メッシュノイズを減らす歯根の強さを強化するために,重荷のシナリオでは25°の圧力角度が適しています.
*追加係数 (ha) **:金属ギアには標準値が1である.0この係数を通常1.2~1.3に調整し,網状の一致性を改善し,動作騒音を減らす.
歯の幅 (b): プラスチック歯の歯の幅は,同じ仕様の金属歯の1.2~1.5倍である.負荷を効果的に分散させ,ストレスの濃度による歯表面の磨きを減らすことができる.
プロフィールシフト係数 (x): ポジティブなプロフィールシフトはピニオンの歯根強度を高め,負のプロフィールシフトはギアの歯先の弱さを補償します.メッシュギアペアのバランスのとれた強度分布を達成する.
接触比 (ε): プラスチック歯車では,金属歯車よりも1,2以上の接触比が推奨される.これは,網状の滑らかさを向上させ,動作中の騒音と振動を減らすためです.
フィルレットと draft angle: 半径≥0.2mmのフィルレットが歯根と歯端に設定され,圧力の集中や鋳造と操作中に裂け目発生を防ぐ.1°~2° draft角は,注射鋳造プロセスでスムーズな脱模を促進するために歯の側で設計されています.
反対反応: プラスチック・ギアスの反反応は,一般的に金属・ギアスのより大きい.高湿度な作業環境では,POMのような水吸収性の低い材料が好ましい.適切な反応が0で増加します.1~0.3mmは,材料の水吸収によって引き起こされる次元変化を補うため.
2共通素材選定
プラスチックのギア材料は,高強度,耐磨性,摩擦系数低さ,次元安定性などの包括的な特性を持つ必要があります.選択は,送電システムの作業条件によって決定されます.一般的に使用されている工学用プラスチックには以下の種類があります
ポリオキシメチレン (POM): 高い強度,強硬性,強い自己潤滑性を含む優れた総合性能プラスチックギアで最も広く使われる材料の1つになります,ほとんどの一般的な伝送シナリオに適しています.
ナイロン (PA66,PA1010,その他): 耐磨性が優れ,作業温度範囲が80°Cから125°Cまで広く,複雑で変化する作業環境に適応する.表面に水を吸収する特徴があり,次元変化を引き起こします設計段階では湿状態の修正を考慮する必要があります.
ガラス繊維強化材料 (GFPA,GFPETなど): 約30%のガラス繊維を加えると,材料の硬さを5〜10倍に高めることができます.プラスチックのギアが負荷能力と耐熱性を著しく向上させる中途半端で重荷のトランスミッション条件に適しています.
ポリテトラフルーオエチレン (PTFE) 改造材料: 材料の摩擦係数を効果的に減らし,自己潤滑性能を向上させる.厳格な潤滑制限のある油のない操作環境に最適.
特殊プラスチック (PC,PPS,UHMWPEなど):これらの材料は,高温耐性などの特定の作業条件のために選択されています.高い衝撃耐性または超低摩擦要求精密医療機器や高級産業自動化などの専門分野で使用されています.
3形成プロセス
インジェクション鋳造はプラスチックギアの主な成形プロセスであり,大量生産,低製造コスト,高加工精度という利点があります.そのコアプロセスの流れと模具設計ポイントは次のとおりです:
インジェクション鋳造プロセス流程: プロセス全体には,原材料の乾燥,加熱,溶融,模具腔への注射,圧力保持と冷却,脱模,処理後 (脱磨)原材料の乾燥は,プラスチック中の水分によって引き起こされるガイア空の泡や収縮などの欠陥を避けるための重要な事前処理です.
模具設計の重要なポイント:
収縮補償: 模具腔は,異なるプラスチック (POMは約1.8%,PA66は約1.2%) の収縮速度を考慮し",変数モジュール方法"を補償するために採用します.模具腔の歯プロファイルモジュール m' = (1+η%) m (m は設計されたギア理論モジュール), η% はプラスチック収縮率である).
ゲート位置:ゲートの位置は,プラスチックギアの精度,特に半径流出に重要な影響を与える.製品構造が許容する場合は,3点ゲート方法が推奨されます.3つのゲートが同じ弧に均等に分布して,均質なプラスチック詰め物を確保し,内部ストレスを減らす.
換気槽 の 設計: 換気 は,空気 の 収束 を 防止 し,歯 の プロフィール の 完全 な 埋立 を 確保 する ため に 極めて 重要 です.ギア 型 の ほとんど の 表面 は,適正 に 適した 磨き 機械 に よっ て 処理 さ れ て いる の で,,充填の最後の位置で充填が不十分になる可能性があります.したがって,歯の表面に合理的な開口溝を開け,空気が閉じ込められないようにし,歯輪歯のプロファイルの整合性を確保しなければならない..
4構造設計
合理的な構造設計は,プラスチックギアの機械性能と鋳造処理性を向上させる鍵であり,設計基準は以下の側面に焦点を当てています.
壁厚さの制御と均一性: プラスチックギアの推奨された基本的な壁厚さは3mmです. 低収縮材料では,壁厚さの変動範囲は25%以内に制御されます.収縮が強い材料の場合壁の厚さの差が多すぎるため,不均等な冷却と収縮を防ぐために15%以内に制御されます.これは曲線と変形につながります.主壁の厚さと補強肋骨の間の接続フレームや他のパーツは,ストレスの濃度を防ぐために,フィレット半径≥0.5mmの滑らかな移行を採用する必要があります.
強化肋骨の設計: 強化肋骨の高さは 主壁厚さの2.5〜3倍,厚さは 主壁厚さの0.5〜0.75倍です.肋間間隔は,主な壁の厚さの2倍以上です肋骨の最小半径は 主壁厚さの0.25倍に設定されますこれは,注射鋳造中にプラスチック流を最適化しながら,ギアの構造的硬さを向上させることができる..
リム・ハブ組合せ構造:ギアの厚さが4.5mmを超えると,網+リム・ハブ組合せ構造が採用され,網の厚さは歯の1.25〜3倍である.網の両側に強化肋骨が追加され,全体の構造安定性を高め,過剰な厚さによる変形を避ける.
歯根の干渉防止: 歯のプロファイルの変更 (ネガティブなプロファイルのシフト設計など) は,熱膨張を補うために採用され,変更量は0.05-0.2mmです.高温での動作中にピニオンとギア間の歯根の干渉を効果的に回避し,安定したメッシュを保証する.
5障害の発生方法と予防対策
プラスチック・ギアスの故障は金属・ギアスの故障と大きく異なる.その主な形態は磨きや構造損傷である.プラスチック用歯車の使用期間を延長するには,故障メカニズムを明確にし,標的型予防措置を講じることが不可欠です:
磨損:特に乾燥運転や滑滑状態の悪さ,粘着磨損,磨削磨損,疲労磨損,熱軟化磨損を含むプラスチックギアの最も一般的な故障形態です.歯の表面温度と磨き度に影響する最も重要な要因は,トランスミッショントルクです高負荷と高速で耐用性が著しく悪化します.
歯の根骨折: 歯の根骨折は,歯の根骨が小さすぎたり,重度のストレス濃度が高くなったり,歯の根骨骨折は低速で重荷を負ったときに発生します.この失敗を効果的に防ぐことができます.ピッチポイント近くの骨折は,摩擦による熱発生と材料の熱耐性が低下して,材料の脆い骨折を引き起こす地元の温度上昇によるものです.
プラスチックの流れと熱変形: 長期にわたる負荷は歯のプロファイルのスリップを引き起こし,メッシュクリアランスの変化をもたらし,伝送精度を低下させます.高温および長期間の作業条件下でプラスチックギアが故障する典型的な形態です.
環境老化:紫外線,湿度,化学媒介などの要因は材料の脆さや強度低下を引き起こす.プラスチックの歯車の使用性能と使用寿命の削減.
基本的な予防対策:実際の労働条件に応じて適切な材料を選択し,ストレスの濃度を減らすために歯のプロファイルと構造設計を最適化します.合理的な潤滑を保証する (自己潤滑性のない材料のギア)材料の熱性軟化や変形を防ぐために,作業温度が材料の溶融点の60%を超えないように制御する.
6典型的な応用シナリオ
特殊な性能優位性により,プラスチックギアが工業および民間分野における様々な軽量輸送システムに広く使用されています.典型的な応用シナリオは以下の通りです:
家電:洗濯機,エアコンダッパーモーター,掃除機,コーヒー機,その他の機器の送電装置低騒音で潤滑は必要ない.
事務機器: プリンター,コピー機,ファックス機,スレッダー,その他の製品の精密伝送,小サイズと高精密伝送の要件を満たす.
自動車用部品: 後ろ鏡,ワイパーモーター,座席の調整装置,ヘッドライトの暗調装置,その他の自動車用アクセサリーの調節装置車内の複雑な作業環境に適応する.
消費者電子機器:カメラズームメカニズム,DVD動き,おもちゃモーター,その他の小型電子製品の伝送構造,軽量性とコンパクトな構造の利点.
医療機器:注射ポンプ,臨床診断機器,その他の医療機器の精密伝送システム医療における高衛生と低騒音の要件を満たす.
工業自動化:小型減速機,タイマー,センサー伝送メカニズム,その他の軽工業自動化機器自動化生産ラインの低負荷と高安定性トランスミッションニーズに適しています.
概要すると,プラスチック歯車設計は,材料の特性,プロセス要件,作業条件の必要性を統合する必要がある体系的なプロジェクトです.科学的設計原則を遵守し,各リンクを標的として最適化することでのみ,プラスチックの歯車による性能優位性が完全に発揮できる.プラスチック材料と鋳造プロセスの継続的な開発により,プラスチックのギアによる性能と応用範囲がさらに拡大される機械送電システムの軽量性と精度においてより重要な役割を担っています.