基于KISSsoft的塑料齿轮传动设计探究

2018-05-26黄潮生

中国设备工程 2018年10期

黄潮生

（京信通信系统（广州）有限公司，广东广州 510000）

1 塑料齿轮传动系统

齿轮的应用具有非常久远的历史，而随着技术的发展，齿轮的材料也不在局限于金属，塑料齿轮的应用越来越多，塑料齿轮于金属齿轮相比在成本、设计、加工和性能等多方面都具有明显的优势，目前塑料齿轮的应用越来越广泛，尤其是在一些对精密等级要求较高的领域，如空调系统的减震驱动器、天线传动和监控传动等领域。气辅法和注射压缩模塑法等新工艺和缩醛类、PBT和聚酰胺新材料的出现，使塑料齿轮的性能还在不断的提升，将会在社会生产生活的众多领域有更加重要的应用。

随着齿轮传动系统运行速度的不断发展，进行具有优异性能的齿轮传动系统的设计工作变得十分重要，在齿轮的设计过程中计算量非常庞大，应用传统的计算方法难以满足运算的要求，因此需要借助计算机软件来进行计算。Kisssoft软件是一种具有强大功能的专业传动系统的设计软件，其不仅拥有十分强大的设计计算功能，而且在计算分析能力、界面优化等方面也十分的出色，因为具有这些特点也使其具有十分广泛的应用。其中，在齿轮传动系统的设计过程中，应用 KISSsys 模块能够为设计工作提供便捷的建模以及计算方法，从而能够极大的提升计算的精度，减少设计人员的工作量，从而促进整体的设计效率的提升。

2 齿轮传动系统设计

齿轮传动系统的设计是一项十分复杂的过程，为了提升系统的性能，就需要保证设计方案具有非常高的精确性，使得传动参数得到最优的设计。为了实现上述的要求，采用一种高效并且简便的设计方法来进行系统的设计工作十分有必要，这不仅能够保证系统的性能，还能够促进设计工作效率的提升。Kisssoft软件是一种十分强大的专业设计软件，对于提升齿轮传动系统的设计工作具有重要的作用。

2.1 塑料齿轮传动模拟建模

在天线传动系统中，塑料齿轮的材料多元用聚甲醛（POM）和尼龙（PA66），这是由于这两种材料具有高强度、高耐磨性和良好的抗疲劳性。这两者材料相比，PA66具有较强的吸湿性，会引起塑料件性能和尺寸的变化，因此本文设计过程中采用吸湿性较小并且性能稳定的POM作为塑料齿轮的材料。

通过初步的设计确定了齿轮基本参数，并且在这些参数的基础之上进行了计算，获得齿轮强度的计算结果，上述参数和结果的数据如表1所示。齿轮的设计过程中，首先要满足的条件是齿轮的强度，在满足了这一条件的基础之上，才能够进行下一步的轴结构设计以及后续的强度校核的计算工作。

本文应用了 Kisssoft 软件进行了齿轮传动系统的建模工作，在建模过程中应用了 KISSsys 模块建立了具体的模型，在整个齿轮传动模型中设计了3个平行轴，并且包含了2组能够互相配合的齿轮以及6个轴承。基于了 KISSsys 模块所建立的齿轮传动模型分别如图1、图2所示。其中图1中所表示的是齿轮箱的模型，而图2中则展示了齿轮箱的模型树。

通过应用KISSsys 模块能够建立起齿轮传动的三维仿真模型，具体的生成方式是先在软件中输入相应的参数，包括轴、齿轮的相关参数，以及确定选择的轴承以及所应用的数据参数等信息，通过这些信息可以在 KISSsys 中生成相应的齿轮传动的三维模型。在本文的齿轮设计过程中所选用的轴的参数如下；一轴的轴径为 4 mm、二轴的轴径为6 mm、三轴的轴径为5 mm。

表1 齿轮的相关参数以及强度的计算结果

图1 齿轮箱模型

图2 齿轮箱模型树

2.2 轴强度以及轴承寿命的计算

在应用 KISSsys 模块建立了齿轮传动的三维模型之后，需要对该设计中轴的强度以及轴承寿命等进行计算，该计算也是通过 KISSsys 模块来完成的，通过 KISSsys模块的计算可以得到上述设计中轴承的寿命和轴承的强度。具体的参数如表2中所示。

表2 轴承强度和寿命参数

在这三个轴承之中，三轴是作为输出轴使用的，也正因为如此其具有更大的扭矩。在这样的情况下不仅仅需要关心其最大应力处的位置，还需要对其危险截面的情况进行计算。通过分析可知轴承三的危险截面包括A-A、B-B、C-C和D-D四处，具体的位置如图3中所示，通过这四个界面的进行结算可以获取其静态安全系数，最终的计算结果这四个界面的静安全系数分别为3.18、5.09、3.42、2.69。通过对上述的系数进行对比可以发现，该轴的D-D、A-A两处截面的强度较弱。