尼龙齿轮的设计
MC尼龙齿轮的设计
1.MC尼龙齿轮是金属等齿轮的替代品
MC尼龙兼有耐疲劳、抗冲击和耐磨等性质，使其在齿轮应用上极受欢迎，已成功地应用在直齿轮、蜗轮、斜齿轮和螺旋齿轮上有25年的历史。今天在各行业，MC尼龙齿轮正不断地替代钢材、木材、铜材、铸铁、酚醛。
MC尼龙齿轮有如下优点；
◆ 运行噪音低
◆ 无润滑运行
◆ 比传统的金属齿轮惯性低
◆ 耐腐蚀性
尽管MC尼龙齿轮的强度明显比相应的金属齿轮低，由于它的低摩擦性和低惯性，以及热塑性塑料齿轮轮齿的弹性（弯曲），在很多应用上可以直接替代金属--尤其是非铁金属、铸铁和未经淬硬处理的钢材。
◆ 材料强度和是否需要润滑？
◆ 节圆的线速率？
◆ 所需的服务时间？
◆ 工作条件下的环境温度？
2.直齿轮的设计
步骤1
获得需要的应用数据
模数，P
齿数，N
压力角，PA
齿宽，f (英寸)
输入速度，n (RPM)
输入扭矩，TI
或 输入马力，HPI
步骤2
获得推导数据和修正系数
节圆直径，DP=N/P
齿形系数，y
屈服应力，Sb
工作寿命系数，CS
速率因素，CV
材料强度因素，Cm
温度修正系数，CT
◆ 环境温度〈100oF, CT=1
◆ 100oF
CT=1/1(1+α(T-100oF))
这里， α=0.022 对应 MC尼龙
α=0.004 对应尼龙101
α=0.010 对应聚甲醛
步骤3
用公式（1）和（2）计算最大扭矩或马力
TMAX= DPSbfyCs Cv Cm CT /2P （1）
HPMAX= DPSbfyn CS CV Cm CT / 126000 P （2）
步骤4
将最大力矩（TMAX）和最大马力（HMAX）与已知塑料齿轮的输入力矩（Ti）和马力（Hi）比较。 Ti 必须小于或等于TMAX
Hi 必须小于或等于HMAX
如塑料齿轮的Hi 和TI超过TMAX和 HMAX，选另外一种材料或另一分度圆直径和齿厚，按照新的材料修正系数重新计算。
3.螺旋齿轮的设计
为确定作用在塑料螺旋齿轮所受的应力，需要修改直齿轮设计公式1和2，以补偿二者之间齿形不同而所受的接触压力不同。齿形系数Y是按可成形齿数计算，而不是按实际齿数计算。计算公式： Nf = N /（cosU）3
这里:
Nf =可成形的齿数
N =实际齿数
U =螺旋角（度数）
另外，螺旋齿轮模数的计算也不能按直齿轮设计公式（1）和（2），而是：
PN = P/ cosU
这里：PN=模数
从这公式发现螺旋角增加对齿轮的影响是很大的。金属螺旋齿轮通常特点是能降低噪声和振动；值得注意的是，等效的塑料直齿轮可以更有效地降低噪声和振动。
4.斜 齿 轮
斜齿轮齿形系数y的计算采用下列公式：
Nf = N/cosφ
这里：φ=分度角（度数）
值得注意的是对于斜齿轮而言，公式（1）和（2）中的模数和分度圆直径所对应的齿形更大。
5.装 配
MC尼龙非常适合制造批量比较小例如500件）
的大型齿轮。首先浇铸成毛坯件，然后机械加工成制
品，其过程与金属齿轮的加工相似。
这里提供改进MC尼龙直齿轮适用性的方法，通
常采用一系列的技术来保证齿轮与轴之间的固定，包
括：
◆ 传递的力矩较低时，通过开键槽或滚花軸进行
压配；
◆ 对于较便宜的低力矩齿轮，可用螺丝固定； ◆ 对于数量较少的驱动齿轮，通过螺栓沿齿宽连接一个金属轮毂固定；
◆ 传递的力矩较大时，采用机械式开键槽固定。键槽倒圆角后要比方形更好地消除拐角处的应力集中。最小的拐角键槽面积计算公式如下：
A = 63000H/nrSk
这里：A=键槽面积
H=传递马力
n=齿速(rpm’s)
r=平均键槽半径
Sk=最大允许的键槽应力，见表15。
表15. 连续工作齿轮的最大允许键槽
应力Sk
如果从上面公式确定的键槽尺寸不实用，那么应采用带键的法兰式轮毂和检查板，检查板用螺栓连接在齿轮上，螺栓处于特别的节圆半径上。所需螺栓数量及其直径按下面公式计算：
最少螺栓数目= 63000HP/ n r1A1Sk
r1=螺栓的节圆半径
A1=螺栓的投影面积（螺栓直径X与螺栓接触的齿宽）
在装齿轮时不要过度拧紧螺栓，以免齿轮在正常运转状况下，因材料膨胀导致齿轮破裂或者螺栓被剪断。而且，尽管尼龙垫圈的使用效果较满意，但我们推荐使用杯形垫圈或相似产品。
设计要点
在设计MC尼龙齿轮时，不仅要考虑材料的许用应力，还要考虑它的形变因素。
◆ 塑料齿轮和金属齿轮相配合时，散热性和其他性能最理想。当全为塑料齿轮系统运
行时，建议使用不相同的材料（如尼龙和酚醛塑
料）。
◆ 因磨擦热和环境条件的变化，塑料比金属热膨胀系数高许多，塑料齿轮需要足够的
齿隙，建议齿隙的大小用下列公式计算：
当齿数为35以下时，齿隙= (0.06～0.1) P (模数)
当齿数为35以上时，齿隙按照HACHMAN提出的实验公式计算。
◆ 整个齿根都倒圆角、压力角200 的齿轮，其屈服强度比14.50压力角的齿轮得到极大
提高，其负荷能力比后者增加15%，或者在同等条件下延长其使用寿命3.5倍。
◆ 在满足负荷情况下，考虑选择最小齿的设计，这样使高速运行产生的齿热最少。
◆ 为了使齿轮具有更高的扭矩，可以考虑将机械加工的钢件直接铸造在齿轮里。
◆ 在所提供的环境因素诸如温度、湿度和化学条件下，MC尼龙齿轮通常优于其它工程
塑料。材料的选择既取决于环境也取决于操作运行条件。
◆ MC尼龙的使用温度极限约120℃，当摩擦热引起的温度上升超过此极限时，齿轮将无
法正常工作；如负载不变时，摩擦热随着齿轮转速的增高而增大，极限情况下甚至
导致齿牙表面熔融。因此，我们建议MC尼龙齿轮的最大线速度应该限制在25 m/s以
内。 齿形系数