傳統(tǒng)衡量齒輪傳動性能的兩個主要因素是:
1.負(fù)載能力和疲勞壽命
2.傳動噪音與傳動精度
隨著ISO14000、ISO18000兩項標(biāo)準(zhǔn)的相繼頒布,控制齒輪傳動噪音這一因素的重要性日趨明顯,工業(yè)發(fā)展與需求對高精密設(shè)備的傳動誤差的要求也越來越嚴(yán)格。
目前已知的齒輪噪音形成因素,大致可從設(shè)計、制造、安裝、使用維護等幾個方面分析。國家標(biāo)準(zhǔn)對齒輪用齒輪副規(guī)定了13個精度等級 。分別用阿拉伯?dāng)?shù)字0、1、2……12表示,其中0級精度最高,然后各級依次遞降,12級精度最低。齒輪副中兩個齒輪的精度等級 一般取成相同等級,也允許取成不同等級,此時應(yīng)按其中精度較低者確定齒輪副的精度等級 。
13個精度等級中,目前0、1、2級精度的加工工藝水平和測量手段是比較難實現(xiàn)的,有待發(fā)展。3-5級為高精度等級,6-8級為中等精度等級,9-12級為低精度等級。其中6級是基礎(chǔ)級,也是設(shè)計中常用等級,它是滾齒、插齒、齒輪注塑等一般常用加工方法在正常條件下所能達到的等級,可用一般計量器具且進行測量。
減速齒輪箱的噪音產(chǎn)生的來源
1.齒輪運行振動速度過快
齒輪運行振動速度過快,主要是在齒輪傳動中頻率過快,造成的齒輪之間振動頻率過快導(dǎo)致的。齒輪運行中振動速度快,將影響振動的頻率,產(chǎn)生噪音。
2.載荷沖擊帶來而定齒輪振動
這里將齒輪傳動看成一個振動的彈簧體系,齒輪自然成為這個體系中的一份子。當(dāng)齒輪受到不同程度的載荷時,振動的頻率、扭轉(zhuǎn)的方向也會不同,多數(shù)會形成圓周方向的振動力。加上齒輪本身在處理噪音方面的問題,就會形成平順而不尖叫的噪音。
3.共振產(chǎn)生的噪音
共振能夠產(chǎn)生噪音是每個人都知道的,齒輪傳動作為在生產(chǎn)間工作的主要方式,自然也會在運行中出現(xiàn)共振的情況。通過齒輪傳動帶來的共振是基于齒輪自身剛性差產(chǎn)生的振動以及齒輪之間摩擦產(chǎn)生的振動在同一個振動的頻率上,這時二者相互作用就容易產(chǎn)生共振的情況,出現(xiàn)共振帶來的噪音。
4.部分齒輪表面光潔度不足
眾所周知,兩種物體如果是平滑的,那么在相互摩擦?xí)r產(chǎn)生的振動就小,振動頻率和高頻波也會小,產(chǎn)生的噪音程度自然也小。但是,很多的齒輪表面過于粗糙,相互摩擦?xí)r摩擦面大,振動頻率高,產(chǎn)生的噪音也就大并且多。
5.缺少正確潤滑方法支持
在齒輪保養(yǎng)和噪音降低中,不僅僅是好的潤滑劑可以降低齒輪之間的摩擦振動,好的潤滑劑使用方法也是降低和減少噪音的重要方法。傳統(tǒng)的潤滑劑使用方法是在齒輪表面加大潤滑劑劑量,使其在運轉(zhuǎn)中降低摩擦,但這種方法對噪音降低收效甚微。以國外對齒輪保養(yǎng)和降低噪音對潤滑作用的使用看,更注重潤滑方法,即通過潤滑劑充分注入齒輪內(nèi)部的方法,降低噪音。
6.齒輪的材料選擇不合理
如果采用更有彈性的耐磨材料替代較硬的耐磨材料,一定程度上也能降低齒輪傳動的噪音,比如在塑料齒輪應(yīng)用上,用耐磨靜音齒輪專用工程塑料Wintone Z33替代常規(guī)的POM,Z33材料在提升耐磨耐疲勞性的同時,可以幫助大幅降低齒輪傳動的噪音。
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不同的傳動設(shè)計,降噪方法也有不同的側(cè)重點,比如蝸輪蝸桿傳動和平行軸齒輪傳動的降噪方法就有相同的地方與不同的地方
1.齒輪材料的剛性和韌性的良好平衡與兼顧
如果我們把塑料蝸輪從剛性很強、但韌性和吸振性欠缺的POM,改成強韌型的耐磨工程塑料(比如蘇州維本工程塑料Wintone Z33),通常噪音會降低,那換成增韌的POM或者增韌的PA66、TPEE或PA12行嗎?這也是一種方法,但有時候會遇到另外兩個問題:第一就是可承受的扭矩降低太多,就是通常說的“太軟了”,其次就是降低了耐疲壽命。所以選材的時候,剛性很強或韌性很強,都可能在某些傳動降噪設(shè)計中遇到問題,材料的強韌性兼顧很重要!這一點對蝸輪蝸桿傳動和平行軸齒輪傳動的降噪選材方案是相同的。
2.齒形與齒距
對于平行軸齒輪來說,齒形的偏差對噪音影響很大,而齒形對蝸輪蝸桿傳動噪音的影響相對就小。
對于蝸輪蝸桿來說,蝸桿的齒距的偏差對噪音的影響較大,這是由于蝸桿的齒距對產(chǎn)生高頻的周期噪音,導(dǎo)致噪音值升高,蝸桿和蝸輪中間截面的對中性對噪音影響非常大。
齒形和齒距的影響力是蝸輪蝸桿傳動和平行軸齒輪傳動的降噪方案很不同的地方。
3.材料的摩擦性能
對于表現(xiàn)摩擦磨損表現(xiàn)良好的齒輪材料組合,必須滿足如下因素:
(1) 材料之間的摩擦系數(shù)較低,數(shù)值越低,其摩擦磨損性能越好;
(2)材料之間的磨損必須表現(xiàn)的比較低,特別是有輕微磨損后,其磨損特性的變化情況,是非常關(guān)鍵的;
(3)對磨材料之一,必須具有一定的"形成隔離層”的能力,如Wintone Z33材料,自身可以形成一層保護膜,這層保護膜提供了優(yōu)異的抗磨損能力;
4.速度
在蝸輪蝸桿傳動中,有人說,改變線速度很簡單,我把蝸桿的轉(zhuǎn)速減低即可,是的,電機轉(zhuǎn)速降低,也會使得噪音降低,但前提是實際應(yīng)用中,是否允許你降低線速度。同樣,在平行軸齒輪傳動中也一樣,降低速度,噪音會降低,這又是兩者相同的地方。但我們往往要解決的問題是,需要保持有效的速度情況下,降低噪音。
5.齒輪的精度和齒輪的表面粗糙度
提高齒輪的精度和降低齒輪的表面粗糙度,對蝸輪蝸桿傳動和平行軸齒輪傳動的降噪都有幫助,這又是相同的地方。
在頸部按摩器蝸輪蝸桿減速齒輪箱塑膠斜齒輪和各類減速電機傳動齒輪的應(yīng)用上,蘇州維本工程塑料Wintone Z33耐磨靜音齒輪專用工程塑料可以幫助您解決以下問題:
1.POM和PA66齒輪噪音比較大,耐磨耐疲勞性不夠的問題。
2.PA12和TPEE齒輪,太軟扭矩太小,耐磨性不夠,在60攝氏度以上時,扭力下降比較快。
3.POM和PA66齒輪的耐腐蝕性不夠,以及斷齒的問題。POM齒輪和注塑件易磨損粉屑化的問題。
4.尼龍46齒輪的降噪性不夠,尺寸受水份影響比較大。
Z33材料作為一款強韌耐磨型工程塑料,在齒輪應(yīng)用上最顯著的特點是:耐磨、靜音、耐腐蝕、強韌且不受水份影響。Z33材料的典型成功應(yīng)用為:微小型減速齒輪箱、電動推桿、汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS齒輪、按摩器齒輪、汽油機凸輪、電助力自行車中置電機齒輪、電動剃須刀等等傳動齒輪。
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齒輪類型(齒形)對噪音的影響,在不同類型的齒輪傳動中都有體現(xiàn),例如:在載荷與速度相同的條件下,通過很多的應(yīng)用案例可以發(fā)現(xiàn),斜齒輪的噪音比直齒輪低。斜齒輪看上去挺像蝸輪,但其實不是。
斜齒輪是一種帶有一定螺旋角度的齒輪,基本參數(shù)有:螺旋角、端面和法面。
1、螺旋角:它指的是斜齒輪的輪齒與軸線之間的夾角。
螺旋角是斜齒輪所特有的特征,在正齒輪即直齒齒輪中不存在。一般來說下我們平時所指的斜齒輪的螺旋角,指的是分度圓柱面上的螺旋角。螺旋角越大,則重合越度大,越有利于運動平穩(wěn)和降低噪聲,任何事物都是兩面的,增大螺旋角雖然帶來了諸多優(yōu)點,但工作時產(chǎn)生的軸向力也增大,所以的大小應(yīng)該取決于工作的質(zhì)量要求和加工精度,一般取8-25如若對噪聲有特殊要求時,可根據(jù)情況取較大值。
螺旋線旋向判別:首先我們將齒輪軸線垂直,若螺旋線右邊高為右旋;反之,螺旋線左邊高為左旋。
2、端面和法面參數(shù):
端面:垂直于齒輪軸線的平面,端面上的參數(shù)一般加下標(biāo)t;
法面:與螺旋線垂直的平面,法面上的參數(shù)一般加下標(biāo)n。
a、正確嚙合條件:螺旋角必須大小相等,方向相反。法面模數(shù)m與法面壓力角要求分別相等。
b、幾何尺寸計算:在計算時可將直齒輪的計算公式直接用于斜齒輪的端面是由于一對斜齒輪傳動在端平面上相當(dāng)于一對直齒輪傳動。
相對于直齒輪,行星減速齒輪箱斜齒輪的優(yōu)缺點是什么?
行星減速齒輪箱經(jīng)常可以看到直齒輪的應(yīng)用,毫無疑問,直齒輪是應(yīng)用非常普遍的一類經(jīng)典傳動齒輪類型,不僅是行星減速電機,在各類平行軸減速機構(gòu)中也經(jīng)常應(yīng)用,直齒輪在加工制造中成本比較有優(yōu)勢,在行星傳動減速機構(gòu)中不會有不良的軸向力,這都是直齒輪的優(yōu)點,但直齒輪的缺點也同樣明顯,主要是直齒輪在運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生振動,這一震動無法消除,無論是改變設(shè)計、優(yōu)選材料或形變等方面的措施,傳動中不良的振動都不能避免,而振動在齒輪傳動中會引起較大的負(fù)載,又會進一步引發(fā)噪音。
另外直齒輪還有一個不利點就是,在齒與齒接觸時間里有時由兩對齒嚙合所得到的附加強度并不能加以利用,因為應(yīng)力是被循環(huán)中單齒嚙合的狀況所限定的,所以會照成能量的浪費。
相對于直齒輪,斜齒輪的幾個優(yōu)點:
1、嚙合性能好。在斜齒輪輪齒的接觸線為與齒輪軸線傾斜的直線,輪齒開始嚙合和脫離嚙合都是逐漸的,因而傳動平穩(wěn)、噪聲小,同時這種嚙合方式也減小了制造誤差對傳動的影響。
2、重合度大。可以降低每對輪齒的載荷,從而相對的提高了齒輪的承載能力,延長了齒輪的使用壽命,并使傳動平穩(wěn)。
3、斜齒標(biāo)準(zhǔn)齒輪不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)較直齒輪來得少,因此,采用斜齒輪傳動可以得到更為緊湊的機構(gòu)。
這里小維想補充一點的是關(guān)于行星架這塊,如果在行星減速齒輪箱中采用斜齒輪,從行星減速機結(jié)構(gòu)上來講,斜齒輪行星減速機的行星架需要雙支撐結(jié)構(gòu)才能支撐的上,而直齒輪行星減速機的行星架可以做單支撐,也可以做雙支撐都能使用。只是精度、噪音 、及效率上直齒輪的單支撐遠(yuǎn)不如直齒輪的雙支撐。那雙支撐直齒輪行星減速機和斜齒輪行星減速機相比,因斜齒輪精度比直齒輪精度要做的更高,所以斜齒行星減速機的精度會更高。
但是,斜齒輪傳動的也有缺點:在運動時會產(chǎn)生軸向推力,對軸向結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞,另外還有一點就是,斜齒輪的制造成本比直齒輪會高一些。
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在電子掛鎖、儲物柜鎖等10MM微型行星減速齒輪箱塑膠行星齒輪的應(yīng)用上,蘇州維本工程塑料Wintone Z33耐磨靜音齒輪專用工程塑料,可以幫您擺脫常規(guī)的TPEE或者增韌的POM材料遇到的降噪和耐疲勞性難以兼顧的困擾,Z33材料在實現(xiàn)降噪的同時,可以顯著提升行星減速齒輪箱的耐疲勞壽命。
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工業(yè)齒輪的應(yīng)用上,與傳統(tǒng)的POM和PA66相比,Wintone Z33具有更好的耐磨性、耐疲勞性、抗形變能力,Z33在保持了良好剛性的同時,進一步提升了彈性和韌性(這種優(yōu)異的機械性能在攝氏-40度、0度和80度都有保持和體現(xiàn)),可以幫助解決齒輪斷齒問題,同時大幅度降低摩擦噪音,經(jīng)應(yīng)用后比較,Wintone Z33也優(yōu)于不少耐磨改性規(guī)格的POM和PA66(如聚四氟乙烯,硅酮類或二硫化鉬改性),同時Z33具有很好的耐腐蝕性,可以用于很多場景下接觸各類化學(xué)物質(zhì)的嚴(yán)苛環(huán)境,比如印染紡織機械上的齒輪,液壓系統(tǒng)的擋圈和密封圈,等等,成功替代價格昂貴的PEEK,PA12,PVDF,PTFE,PA46的部分應(yīng)用領(lǐng)域。另外Z33的吸濕很少,綜合性能受水份的影響很小,整包裝Wintone Z33注塑前不需要提前烘料,可以直接注塑,注塑完無需水處理。
在汽車接插件的應(yīng)用上,與傳統(tǒng)的尼龍66和PBT相比,Wintone創(chuàng)新型工程塑料在保持了優(yōu)良的剛性,耐熱性和電性能的基礎(chǔ)上,大幅度提高了材料的韌性,為提高接插件的抗脆斷性(特別是低溫下的抗脆斷性),提供了一個全新的解決方案,同時Wintone材料的吸水率很?。ㄖ挥蠵A66的六分之一),水份對Wintone材料制造的接插件影響很少。另外Wintone Z63優(yōu)異的流動性和韌性,可以讓薄壁接插件更強韌,無需水處理。在注塑加工時,整包裝(25公斤)的Wintone材料無需提前干燥,可以直接注塑。同時Z63優(yōu)良的流動性,允許復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件可以在較低的注塑壓力和速度下成型,可以幫助降低接插件翹曲變形的風(fēng)險。
在高壓泵單向閥罩的應(yīng)用上,與傳統(tǒng)的尼龍、POM材料相比,Wintone Z63在保持了優(yōu)異剛性的同時,大幅度提高了材料的韌性、耐疲勞、耐磨和耐水解性(包括耐冷水和耐熱水),可以幫助解決常規(guī)尼龍單向閥罩不耐水解而磨耗脆斷,POM材料韌性不夠,反復(fù)壓力沖擊后而脆斷的問題。同時Z63極其優(yōu)異的耐化學(xué)性,可以幫助解決常規(guī)材料(尼龍和POM)單向閥罩腐蝕斷裂問題,大幅度提升耐久性,特別是應(yīng)用環(huán)境較嚴(yán)苛的藥泵、海水淡化泵、熱水泵等等,另外Z63的吸濕很少,綜合性能受水份的影響很小,整包裝Wintone Z63注塑前不需要提前烘料,可以直接注塑,注塑完無需水處理。
在汽車ABS輪速傳感器的應(yīng)用上,Wintone ZG6工程塑料可以幫助解決傳統(tǒng)的玻纖增強PA66材料耐鹽水和耐腐蝕性不夠的問題,ZG6屬于電中性工程塑料,不含鹵素不會腐蝕芯片,同時ZG6具有均衡良好的機械性能,比PA612和PA12更優(yōu)的耐油性,成功替代不少玻纖增強PA612和PA12的部分應(yīng)用領(lǐng)域,另外,Wintone ZG6工程塑料的吸水率只有尼龍66的六分之一,水份對ZG6做的功能注塑件的尺寸和性能影響很少,整包裝的Wintone ZG6材料,可以不烘料直接注塑,注塑完無需水處理。
在液壓系統(tǒng)擋圈和導(dǎo)向環(huán)的應(yīng)用上,Wintone Z33可幫助解決傳統(tǒng)材料應(yīng)用時的一些問題(如POM導(dǎo)向環(huán)會磨鐵,在溫度上升到60度以上時力學(xué)性能下降較快的問題;如PA66擋圈會溶脹和易水解,尺寸和性能受媒介影響較大,耐磨不夠的問題;常規(guī)的青銅粉改性PTFE擋圈力學(xué)性能不夠和抗壓的局限性,以及多步工序及系統(tǒng)成本過高的問題;酚醛夾布導(dǎo)向環(huán)的易脆斷性和不夠環(huán)保),Wintone Z33以其優(yōu)異的綜合性能:更優(yōu)異的耐磨性、更好的抗形變和耐蠕變性、遠(yuǎn)優(yōu)于POM和PA66的耐腐蝕性、更優(yōu)的回彈性和抗擠出能力、極具價值的性價比,讓您在選材時就獲取競爭優(yōu)勢,經(jīng)長期應(yīng)用后驗證,Wintone工程塑料已成功替代部分價格昂貴的PEEK,PA12,PA46,PVDF,PTFE的應(yīng)用領(lǐng)域。另外Z33的吸濕很少,綜合性能受水份的影響很小,整包裝Wintone Z33注塑前不需要提前烘料,可以直接注塑,注塑完無需水處理。
在紡織機械配件的應(yīng)用上,Wintone工程塑料是一款耐磨耐腐蝕強韌型專用工程塑料,典型應(yīng)用是齒輪、軸套、滑塊、墊片、法蘭等功能件,與傳統(tǒng)的POM和PA66相比,Wintone Z33具有更強韌的力學(xué)性能,更好的耐磨性,耐疲勞性和耐腐蝕性。
可以幫助解決POM類配件(韌性和彈性不夠,有時候會脆斷和磨損后易碎屑化,耐磨性不夠好,會磨鐵,噪音比較大,不耐酸堿等問題)
可以幫助解決尼龍類配件(部件性能和尺寸受環(huán)境濕度影響比較大;容易水解及耐化學(xué)性不夠好,低溫下有時會脆斷等問題。)
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